Mekanik fonksiyonel teori (DFT), atomik ölçekdeki malzemelerin elektronik özelliklerini tahmin etmek ve yorumlamak için vazgeçilmez bir hesaplama aracı olarak ortaya çıktı.Inktrüksiyonel ölçüm ve hesaplama verimliliği, deneysel karakterizasyonun zorlaştığı karmaşık sistemler için özellikle değerlidir.Instiyoorganik olmayan hibrit malzemeler arasında, organik-organik olmayan optik özelliklerle organik olarak organik sensörler, organik sensörler, Diyalizler ve optik özelliklerle ilgili olarak bu temelleri inceler.

Organik-Inorganik Hibrit Malzemeler Anlamak

Organik-inorganik hibritler organik bileşenler (molecules, polimerler veya ligands) inorganik yapılarla entegre edilir (metal oksitler, haller, sulfitler, metal-organik çerçeveler) organik maddeler (molektif) ve çözüm sürecine katkıda bulunurken, organik gaz depolama ve sert ışık absorpsiyonları için kullanılır.Prominent örnekleri, tilammonium lead veya metal-organik çerçeveler (MAPbI3), metal-organik çerçeveler (MOF) ve organik gaz depolama ve tabakaları için kullanılır.

Bu hibritlerin tanım özelliği, her bileşeninin bant boşlukları, taşıyıcı hareketliliği ve eksiltme gibi elektronik etkileşimlerin, organik uzlaştırma, şarj transferi ve yerel elektrik alanlarının genel elektronik davranışını belirleme yeteneği, her bileşeninin bant boşlukları, taşıyıcı hareketliliği ve eksiltme gibi özelliklerin kesin olarak ayarlanması ve örneğin, hibrit perovskites, organik cation veya altering the halide kompozisyonu değiştirme veya değiştirme yeteneği, görünür spektrumdaki band boşluğun etrafındaki band boşluğunu bağımsız olarak değiştirme yeteneği, onları idealize etme ve bu yapı-maliyet ilişkileri rasyonelleştirmek için ideal bir rol oynar.

Organik-Inorganik Hibritlerin Anahtar Sınıfları

  • [FONT:0]Hybrid Perovskites: [DÜDÜSTR:0] [DÜDÜDÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 0, 2+) ve X bir halsizdir (I-, Br-, Cl-) Bu, fotovoltaiklerde olağanüstü güç dönüşüm efficiliği elde etmiştir.
  • [FONT=0) Metal-Organic Frameworks (MOF)[[[FONTT:1) Organik bağlantıcılar tarafından bağlantılı metal düğümlerin Kristal çizgisi ağları. yüksek porosity ve tunable kimya onları gaz ayrılıkları, kataliz ve algılar için uygun hale getirir.
  • [FONT:0)Layered Hybrids:[Dönetici:[Dönetici:0)Layered Hybrids:[Dönetici: 0,4) MoS2 gibi iki boyutlu malzemeler, organik moleküller veya termoelektriklerde kullanılan organik süperlattikler.
  • [FONT:0]Dye-Sensitized Systems:) Organik boya molekülleri TiO2 veya ZnO nanopartiküllere demirlediler, boyaya dayanıklı güneş hücreleri (DSSCs).

Yoğun Fonksiyonel Teori: Bir Kuantum Mekanik Araç

DFT, atomik hibritlerin çalışmasıyla ilgili birçok sistem simülasyonunu önemli ölçüde azaltır, DFT, toplam enerji, grup yapısı, devlet yoğunluğu (DOS), şarj dağıtım ve estatik potansiyelleri hesaplamak için kullanılır.

Değişim-korelasyon seçimi, doğru sonuçlar için kritiktir. Yerel yoğunluk (LDA) ve genelleştirilmiş gradient komponentasyon (GGA) fonksiyonlarını PBE gibi fonksiyoneller (DFT-Drec3, vdW-DF), organik olmayan moleküller ve yarı iletkenler arasındaki etkileşimlerin bir kısmını içeren, moleküler olmayan yüzeyler arasındaki etkileşimlerin bir kısmını içeren temeldir. Dispersion-corted fonksiyoneller (DFT-Drec3, vdW-DF)

Neden DFT Hibrit Malzemeler için İyi Suited

  • [FONT:0)Periodicity:[[Dönetici:[Dönetici:0) Çoğu kristal hibritler periyodik sınır koşullarıyla modellenebilir, doğrudan deneysel X-ray difraksiyon verileriyle eşleştirilebilir.
  • [FONT:0) Interface Hassasiyet:[DDDFT, organik-organik temaslarla birlikte plaka modelleri veya süper hücreleri inşa ederek interfak etkilerden ayırabilir.
  • [FONT:0)Tunability:[Dönetici:[Dönetici:0) Kimyasal altkuruların (örneğin, değişen hali, eğitim veya organik bağlantı) en az deneysel maliyetle mümkündür.
  • [[Dönetici:[D)[DFT: [DFT, sabit hata yapılandırmalarını ve elektronik özellikleri üzerindeki etkilerini, yönlendirme mühendisliğini tanımlar.

Organik-Inorganik Hibrit Sistemler için Modelleme Stratejileri

Gerçek hesaplama modelleri kurmak, non-trivial bir adımdır. Araştırmacılar arayüzü, ünite hücre boyutunu ve teori seviyesini nasıl temsil etmeye karar vermelidir.For kristal hibritler için, geleneksel birim hücreleri genellikle onlarca atom içerir, basit DFT hesaplamaları sağlar.

Supercell ve Slab Modelleri

Slab modelleri yüzeyleri ve arayüzleri incelemek için kullanılır. Organik malzemenin periyodik bir plaka (örneğin TiO2(110) veya PbI2-terminated perovskite) iodide, organik iyonlu boşlukların bir veya iki tarafta yer aldığını gösteriyor ve sistem rahat. Bu yaklaşım, adsorpsiyon enerjilerini, şarj yoğunluk re dağıtımını ve tercih edilen bağlama sitelerini ortaya koyuyor. Örneğin, tilammonium plaka hesaplamaları iodide ortaya çıkıyor.

Fonksiyonel Seçme ve Geçerlilik

Doğru işlevselliği seçmek, doğruluk ve maliyet arasında bir ticarettir. For hybrid perovskites, PBE spin-orbit darbe (SOC) ile işlevsel olarak, Fermi seviyesinin yakınında grup yapısını doğru bir şekilde açıklar, ancak grup boşluklarını doğrulayın. HSE06+SOC, optik ölçümler içinde boşluk değerini azaltır, ancak daha yüksek hesaplamalı masraflar için PBE'de.

Dinamik Etkileri için Muhasebe

Organik bileşenler genellikle oda sıcaklığında termal hareket sergileyebilir, bu da elektronik özellikleri etkileyebilir. DFT ile birlikte, DFT ile birlikte, ortalama elektronik yapılar sağlar. Bu simülasyonlar, perovskites'te organik eğitim rotasyonunun dinamik band boşluklarına yol açtığını göstermiştir.

DFT Studies'ten Anahtar Bulmaları

Son on yılda, DFT soruşturmaları organik-inorganik hibritlerin elektronik davranışına derin öngörüler verdi. Aşağıdaki alt bölümler en etkili keşifleri vurgulamaktadır.

Band Gap Tuning ve Elektronik Yapı Mühendisliği

DFT hesaplamaları, karma malzemelerin band boşluklarının organik eğitim boyutunun, halide kompozisyon veya inorganik çerçevenin farklı bir şekilde ayarlandığını göstermiştir.In MAPbX3 perovskites, iodine'nin sişik boşluklarını -1.6 eV'nin -2.3 eV'nin dağılmasını sağlar, böylece organik cation'nin difüzyonel doğası da arayüzleri ile uyumlu bir iç elektrik alanı yaratır.

Şarj Transfer Across the Interface

Organik ve organik bileşenler arasındaki verimli şarj transferi, cihaz performansı için önemlidir. DFT mekanizmaları aydınlatır: boyayanmış güneş hücreleri, metalik olmayan boşluklar için fotonıtılmış, presiyonel olarak TiO2 iletim bandına enjekte edilir. DFT plaka modelleri, en yüksek meşgul moleküler orbital (HOMO) ve en düşük maliyetli (HOMO) ve doğrudan bağlantı kurmaz dinamikleri hesaplar ve doğrudan bağlantı kurmaz.

Amerika ve onların Etkisi

Potansiyeller, geçiciler ve anti sitelerde gerçek malzemelerde kaçınılmaz ve yeniden kobinasyon merkezleri olarak hareket edebilir. DFT tabanlı defekt hesaplamaları, formasyon seviyelerini belirlemektedir.In lead halide perovskites, DFT, yüksek formasyon enerjileri nedeniyle daha az yaygındır (örneğin, iodines) bu tür hataları ciddi şekilde kontrol etmeyen veya bağlantı noktalarına bağlı olarak, bu tür hataların tespit edilmesine yardımcı olabilir. DeepFT (e.g.

Interface-Indük Polarizasyon ve Band B

Organik ve organik malzemeler arasındaki arayüzde, şarj re dağıtım sistemi bir dipol tabakası yaratır. DFT hesaplamaları, güneş hücrelerinin açık-cirli gerilimi belirler.Bu, organik cation's Oriente analizi için kritiktir.Örneğin, perovskite/electron taşıma katmanı (ETL) arayüzleri, güneş hücrelerinin açık-cir gerilimini belirler. DFT, organik cation'un eğimli dipolasyonel yönüne yol açabilir.

Fotovoltaics, Sensörler ve Optoelektronik uygulamaları

DFT çalışmalarından elde edilen bilgiler, pratik cihazlar için malzeme tasarım ilkelerine doğrudan tercüme eder.

Fotovoltaics

Hibrit perovskites, DFT-guided fotovoltaikd için poster çocuktur. DFT, binlerce olası organik cations ve halide kombinasyonlar, formamidinium gibi umut verici adaylarının iodide (FAPbI3) ve karışık-işmanlık sistemleri için her iki yüksek verimlilik ve istikrara yol açtı.

Sensörler ve sensörler

Fonksiyonelleştirilmiş MOFs ve hibrid perovskites, kimyasal sensörlerde kullanılır, ki bu simülasyonlar seçici ve hassas algılama katmanlarının rasyonel tasarımını değiştirir. DFT, yüksek atom sayı ve verimli şarj toplamalarını sağlar.

Optoelektronik

Işıklı diyotlar (LEDler) hibrit perovskites'ye göre, bant boşlukları ile tonlanabilir emisyon renginden faydalanır ve DFT'lerin moleküler paketleme ve interfaksiyon durumlarının ve eksper enerjilerinin yüksek fotosantrikalara ulaşma seçimine yardımcı olur.

Future Yol ve Challenges

Birçok başarıya rağmen, organik-inorganik hibritlerin çalışmaları, optik spektral ve şarj dinamikleri için doğru bir şekilde tanımlanamaz, ancak DFT verileri üzerinde zaman bağlı DFT (TDDFT) ve GW nin yaklaşık optimizasyonu gibi gelişmiş yöntemler (Yeşil'nin işlevi artılı Coulomb etkileşimi) optik spektral dinamikleri için gereklidir ve şarj edilebilir.DFT verileri üzerinde eğitilmiş makine öğrenme potansiyelleri DFT verileri, daha büyük ölçekli simülasyonları, yüzlerce atom içeren moleküler dinamikler ve yapısal optimizasyonlar ile ortaya çıkmaktadır.

Başka bir meydan okuma, yüzey kabalığı, morfolojik olmayan bölgelerde ve çözücü ortamlardaki stabiliteleri modellemek için gerçekçi arayüzler modellemektir. Iklimsiz çözünürlük modelleri (örneğin, PCM, CANDLE) DFT kodu ile birkaç en iyi şekilde DFT kodu ile entegre edilmiştir, taşıyıcı soğutma ve tuzaklar için umut verici olan yüzeysel stabiliteleri anlamak için önemlidir.

Önümüzdeki gibi, DFT'nin yüksek kodlu tarama ve otomatik iş akışları ile entegrasyonu, organik-organik multiferik özellikler gibi sistemlerdeki yeni organik-organik etkileşimlerin keşfini hızlandıracaktır (örneğin, Malzeme Projesi, NOMAD) araştırmacıların umut verici kombinasyonlar aramasına izin verir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yoğun fonksiyonel teori organik-inorganik hibrit malzemelerin geliştirilmesinde önemli bir ortak haline geldi, deneyle ulaşılabilen atom seviyesindeki öngörüler ve DFT'nin bir sonraki nesil hibritleri ve arayüz özellikleriyle keşfiyle, DFT, teori ve deney arasındaki rasyonel tasarımı yalnızca daha güçlü işlevsel gelişmeler ve makine öğrenimi ile işbirliği içinde büyüyecek, DFT'nin rolünü genişletmek için söz konusu.