Estudo computacional da estrutura eletrônica de [Cu(Salophen)] e [Ni(Salophen)] com potencial aplicação em sistemas foto-absorvedores
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMT |
Texto Completo: | http://ri.ufmt.br/handle/1/5015 |
Resumo: | This work presents an investigation of the electronic structure of Salophen compounds [Cu(Salophen)] and [Ni(Salophen)] using the DFT (Density functional theory) theory level. The compounds derived from Metal-Salophen, are potential light-absorbing systems. In this sense, this work aimed the theoretical study of the above-mentioned complexes and their applications in solar energy converters, such as Dye-sensitized solar cells. The internal coordinates of [Cu (Salophen)] complex was obtained from the structural refinement obtained using X-ray diffraction. Calculus involving Internal coordinates optimization were carried out, which were verified by monitoring the vibrational modes, which did not show any imaginary frequency. The calculation level used was (CAM-B3LYP and PBE0) and maintaining the same basis set functions (6-311 ++ G (d, p)). For the calculations of vertical excitation energy, the M06-2X was used in addition to the aforementioned functional. The CAM-B3LYP and M06-2X functional agreed on most of the results of TD-DFT calculations. However, the functional PBE0 presented satisfactory results, since it followed the trend of the other functional, which have more refined implementation. Finally, the nature of each excited state was explored at the CAM-B3LYP / 6-311 + G (d, p) level through the NTO (Natural Orbital Transition) method, which generates the electron densities of the particle / hole pair. The electronic structure calculations of the [Ni (Salophen)] complex and its free ligand (Salophen) were performed concomitant, due to the lack of internal coordinates obtained by crystal refinement using X-ray diffraction. The PBE0 / 6-311 ++ G (d, p) performance was maintained in all investigations steps of this system, in view of the satisfactory performance of the PBE0 functional in comparison with others with higher computational cost (CAM-B3LYP and M06-2X). A decrease in the electron absorption energy required to access the first excited state of the system was observed, thus, taking the compound to absorb light energy in a range of the electromagnetic spectrum, more shifted to the visible light. The analysis of the nature of the excited states showed a greater contribution of the intraligant bonds and a simple contribution of the metallic center, which contributes more in the diminution of the ways of freedom of the Salophen, by the effect of stiffening caused by the coordination. |
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Estudo computacional da estrutura eletrônica de [Cu(Salophen)] e [Ni(Salophen)] com potencial aplicação em sistemas foto-absorvedoresComplexos metálicosDFTTDDFTCu SalophenNi SalophenCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICAMetal complexesDFTTDDFTCu SalophenNi SalophenThis work presents an investigation of the electronic structure of Salophen compounds [Cu(Salophen)] and [Ni(Salophen)] using the DFT (Density functional theory) theory level. The compounds derived from Metal-Salophen, are potential light-absorbing systems. In this sense, this work aimed the theoretical study of the above-mentioned complexes and their applications in solar energy converters, such as Dye-sensitized solar cells. The internal coordinates of [Cu (Salophen)] complex was obtained from the structural refinement obtained using X-ray diffraction. Calculus involving Internal coordinates optimization were carried out, which were verified by monitoring the vibrational modes, which did not show any imaginary frequency. The calculation level used was (CAM-B3LYP and PBE0) and maintaining the same basis set functions (6-311 ++ G (d, p)). For the calculations of vertical excitation energy, the M06-2X was used in addition to the aforementioned functional. The CAM-B3LYP and M06-2X functional agreed on most of the results of TD-DFT calculations. However, the functional PBE0 presented satisfactory results, since it followed the trend of the other functional, which have more refined implementation. Finally, the nature of each excited state was explored at the CAM-B3LYP / 6-311 + G (d, p) level through the NTO (Natural Orbital Transition) method, which generates the electron densities of the particle / hole pair. The electronic structure calculations of the [Ni (Salophen)] complex and its free ligand (Salophen) were performed concomitant, due to the lack of internal coordinates obtained by crystal refinement using X-ray diffraction. The PBE0 / 6-311 ++ G (d, p) performance was maintained in all investigations steps of this system, in view of the satisfactory performance of the PBE0 functional in comparison with others with higher computational cost (CAM-B3LYP and M06-2X). A decrease in the electron absorption energy required to access the first excited state of the system was observed, thus, taking the compound to absorb light energy in a range of the electromagnetic spectrum, more shifted to the visible light. The analysis of the nature of the excited states showed a greater contribution of the intraligant bonds and a simple contribution of the metallic center, which contributes more in the diminution of the ways of freedom of the Salophen, by the effect of stiffening caused by the coordination.FAPEMATEste trabalho apresenta uma investigação da estrutura eletrônica dos compostos Salophen, [Cu(Salophen)] e [Ni(Salophen)] utilizando o nível de teoria DFT (Density functional theory). Os compostos derivados de Metal-Salophen, são potenciais sistemas absorvedores de luz, neste sentido, este trabalho aborda o estudo teórico dos complexos acima citados e suas aplicações em sistemas conversores de energia solar, tais como DSSCs (Dye-sensitized solar cells). As coordenadas internas do complexo de [Cu(Salophen)] foram obtidas a partir do refinamento estrutural obtido utilizando difração de raios-X. Foram realizados cálculos de otimização da estrutura interna, os quais foram aferidos monitorando os modos vibracionais, os quais não evidenciaram nenhuma frequência imaginária. O nível de cálculo utilizado foi (CAM-B3LYP e PBE0) e mantendo o mesmo conjunto de funções bases (6-311++G(d,p)). Para os cálculos de energia de excitação vertical, foi usado além dos funcionais citados anteriormente o M06- 2X. Os funcionais CAM-B3LYP e M06-2X concordaram na maioria dos resultados dos cálculos de TD-DFT. No entanto, o funcional PBE0 apresentou resultados satisfatórios, pois o mesmo seguiu a tendência dos outros funcionais, os quais possuem uma implementação mais refinada. Por fim, a natureza de cada estado excitado foi explorada a nível CAM-B3LYP/6-311++G(d,p), através do método NTO (Natural transition orbital), o qual gera as densidades eletrônicas do par partícula/buraco. Os cálculos de estrutura eletrônica do complexo [Ni(Salophen)] e de seu ligante livre (Salophen) foram realizadas paralelamente, devido à ausência das coordenadas internas obtidas por refinamento de cristal utilizando difração de raios-X. Tendo em vista o desempenho satisfatório do funcional PBE0 frente a outros com custo computacional maior (CAMB3LYP e M06-2X), foi mantido o PBE0/6-311++G(d,p) em todas as fases das investigações deste sistema. Foi observado um abaixamento na energia de absorção eletrônica necessária para acessar o primeiro estado excitado do sistema, assim, levando o composto a absorver energia luminosa em uma faixa do espectro eletromagnético, mais deslocada para o visível. A análise da natureza dos estados excitados mostrou uma maior contribuição das transições intraligantes e uma singela contribuição do centro metálico, o qual contribui mais na diminuição dos modos de liberdade do Salophen, pelo efeito de enrijecimento causado pela coordenação.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET)UFMT CUC - CuiabáPrograma de Pós-Graduação em QuímicaFreitas Sobrinho, Renato Garcia deSouza, Gabriel Luiz Cruz dehttp://lattes.cnpq.br/2821352329397835http://lattes.cnpq.br/5262842566597142Freitas Sobrinho, Renato Garcia de039.916.786-24http://lattes.cnpq.br/5262842566597142Oliveira, Osmair Vital de036.505.556-54http://lattes.cnpq.br/3019137922691272039.916.786-24305.143.278-47Silva, Sebastiao Claudino da893.952.558-20http://lattes.cnpq.br/0326666184392345Mendes, Rodrigo Araujo2024-01-11T15:50:38Z2021-11-252024-01-11T15:50:38Z2017-03-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisMENDES, Rodrigo Araújo. Estudo computacional da estrutura eletrônica de [Cu(Salophen)] e [Ni(Salophen)] com potencial aplicação em sistemas foto-absorvedores. 2017. 97 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Cuiabá, 2017.http://ri.ufmt.br/handle/1/5015porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMTinstname:Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)instacron:UFMT2024-01-13T06:01:28Zoai:localhost:1/5015Repositório InstitucionalPUBhttp://ri.ufmt.br/oai/requestjordanbiblio@gmail.comopendoar:2024-01-13T06:01:28Repositório Institucional da UFMT - Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)false |
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This work presents an investigation of the electronic structure of Salophen compounds [Cu(Salophen)] and [Ni(Salophen)] using the DFT (Density functional theory) theory level. The compounds derived from Metal-Salophen, are potential light-absorbing systems. In this sense, this work aimed the theoretical study of the above-mentioned complexes and their applications in solar energy converters, such as Dye-sensitized solar cells. The internal coordinates of [Cu (Salophen)] complex was obtained from the structural refinement obtained using X-ray diffraction. Calculus involving Internal coordinates optimization were carried out, which were verified by monitoring the vibrational modes, which did not show any imaginary frequency. The calculation level used was (CAM-B3LYP and PBE0) and maintaining the same basis set functions (6-311 ++ G (d, p)). For the calculations of vertical excitation energy, the M06-2X was used in addition to the aforementioned functional. The CAM-B3LYP and M06-2X functional agreed on most of the results of TD-DFT calculations. However, the functional PBE0 presented satisfactory results, since it followed the trend of the other functional, which have more refined implementation. Finally, the nature of each excited state was explored at the CAM-B3LYP / 6-311 + G (d, p) level through the NTO (Natural Orbital Transition) method, which generates the electron densities of the particle / hole pair. The electronic structure calculations of the [Ni (Salophen)] complex and its free ligand (Salophen) were performed concomitant, due to the lack of internal coordinates obtained by crystal refinement using X-ray diffraction. The PBE0 / 6-311 ++ G (d, p) performance was maintained in all investigations steps of this system, in view of the satisfactory performance of the PBE0 functional in comparison with others with higher computational cost (CAM-B3LYP and M06-2X). A decrease in the electron absorption energy required to access the first excited state of the system was observed, thus, taking the compound to absorb light energy in a range of the electromagnetic spectrum, more shifted to the visible light. The analysis of the nature of the excited states showed a greater contribution of the intraligant bonds and a simple contribution of the metallic center, which contributes more in the diminution of the ways of freedom of the Salophen, by the effect of stiffening caused by the coordination. |
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