ТЕОРЕТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГЕКСАБРОМОТЕЛУРАТУ 3-МЕТИЛТІО-4-ФЕНІЛ-5-ФЕНІЛАМІНО-1,2,4-ТРИАЗОЛ-1-ІЮ
DOI:
https://doi.org/10.24144/2414-0260.2020.1.46-52Ключові слова:
гібридні перовскіти, DFT, напівпровідники, фотоелектричні матеріалиАнотація
Робота присвячена теоретичному дослідженню фотоелектричних і напівпровідникових властивостей гексабромотелурату 3-метилтіо-4-феніл-5-феніламіно-1,2,4-триазол-1-ію, сполуки, хімічно й структурно спорідненої з галогенотелуратними похідними перовскіту. Енергетичні й екологічні проблеми останніх десятиріч дали поштовх для пошуку й розробки нових функціональних матеріалів з високою ефективністю перетворення сонячної енергії, котрі не містять високотоксичних елементів і, таким чином, не здійснюють екологічного навантаження на природне середовище. У цьому відношенні, одним з найбільш перспективних напрямків систематичних наукових досліджень вважається синтез та вивчення властивостей нових гібридних органічно-неорганічних сполук, що належать до сімейства перовскіту і його структурних похідних. Оскільки раніше в літературі повідомлялось, що деякі галогенотелуратні похідні перовскіту проявляють фотоелектричні й напівпровідникові властивості, і враховуючи попередній досвід у синтезі гексабромотелурату 3-метилтіо-4-феніл-5-феніламіно-1,2,4-триазол-1-ію, було проведено серію теоретичних квантовохімічних розрахунків з метою визначити основні фотоелектричні властивості цієї сполуки та оцінити ймовірний вплив органічного катіону сполуки на її фотоабсорбційні та напівпровідникові властивості.
Положення атомів гідрогену попередньо оптимізували напівемпіричним методом РМ7; розрахунки повної енергії, молекулярних орбіталей, енергетичних станів та спектрів поглинання проводили за допомогою теорії DFT з використанням PBE функціоналу. В якості базисних наборів використано дубль-дзета базис DZVP-MOLOPT-SR-GTH для всіх елементів, окрім Br та Te, для яких використано трипл-дзета базис TZVP-MOLOPT-SR-GTH. Для всіх атомів використано псевдопотенціал GTH-PBE. Для дослідження фотоабсорбційних властивостей розраховувались перші 80 збуджених станів.
Одержані результати засвідчили принципову можливість корегувати фотоабсорбційні властивості гібридних [TeBr6]-вмісних матеріалів шляхом зміни будови органічного катіону у гексабромотелуратній солі. Розрахована ширина забороненої зони складає 2.78 еВ, що є типовим значенням для аналогічних органічних гексабромотелуратів з напівпровідниковими властивостями, і цей факт підтверджує наукову обґрунтованість обраних і застосованих методів розрахунку.
Результати проведеного дослідження можуть стати надійним науковим підґрунтям для розробки алгоритмів молекулярного дизайну хімічно споріднених гібридних органічно-неорганічних перовскітів і їх похідних.
Посилання
Saparov B., Mitzi D.B. Organic-Inorganic Perovskites: Structural Versatility for Functional Materials Design. Chem. Rev. 2016, 116(7), 4558–4596. Doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00715.
Li W., Wang Z., Deschler F., Gao S., Friend R.H., Cheetham A.K. Chemically diverse and multifunctional hybrid organic–inorganic perovskites. Nat Rev Mater. 2017, 2, 16099(1–18). Doi: 10.1038/natrevmats.2016.99.
Cai Y., Xie W., Ding H., Chen Y., Thirumal K., Wong L.H., Mathews N., Mhaisalkar S.G., Sherburne M., Asta M. Computational study of halide perovskite-derived A2BX6 inorganic compounds: chemical trends in electronic structure and structural stability. Chem. Mater. 2017, 29, 7740−7749. Doi: 10.1021/acs.chemmater.7b02013.
Smaoui S., Kabadou A., Van Der Lee A., Ben Salah A., Abdelmouleh M. Synthesis, spectroscopic, structural and thermal characterizations of [(C7H6NO4)2TeBr6.4H2O]. J. Saudi Chem. Soc. 2018, 22(2), 155–164. Doi: 10.1016/j.jscs.2016.02.002.
Fizer M., Slivka M., Mariychuk R., Baumer V., Lendel V., 3-Methylthio-4-phenyl-5-phenylamino-1,2,4-triazole hexabromotellurate: X-ray and computational study. J. Mol. Struct. 2018, 1161, 226–236. Doi: 10.1016/j.molstruc.2018.02.054.
Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods VI: more modifications to the NDDO approximations and re-optimization of parameters. J. Mol. Model. 2013, 19, 1–32. Doi: 10.1007/s00894-012-1667-x.
MOPAC2016, Version: 16.175W, James J.P. Stewart. http://openmopac.net.
Hutter J., Iannuzzi M., Schiffmann F., VandeVondele J. CP2K: atomistic simulations of condensed matter systems. WIREs Comput. Mol. Sci. 2014, 4 (1), 15–25. Doi: 10.1002/wcms.1159.
Ernzerhof M., Scuseria G.E. Assessment of the Perdew-Burke-Ernzerhof exchange-correlation functional. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5029–5036. Doi: 10.1063/1.478401.
Fizer M., Fizer O., Sidey V., Mariychuk R., Studenyak Y. Experimental and theoretical study on cetylpyridinium dipicrylamide – a promising ion-exchanger for cetylpyridinium selective electrodes. J. Mol. Struct. 2019, 1187, 77–85. Doi: 10.1016/j.molstruc.2019.03.067.
Fedyshyn O., Bazeľ Ya., Fizer M., Sidey V., Imrich J., Vilkova M., Barabash O., Ostapiuk Yu., Tymoshuk O. Spectroscopic and computational study of a new thiazolylazonaphthol dye 1-[(5-(3-nitrobenzyl)-1,3-thiazol-2-yl)diazenyl]naphthalen-2-ol. J. Mol. Liquids. 2020, 304, 112713(1–13). Doi: 10.1016/j.molliq.2020.112713.
VandeVondele J., Hutter J. Gaussian basis sets for accurate calculations on molecular systems in gas and condensed phases. J. Chem. Phys. 2007, 127(11), 114105(1–9). Doi: 10.1063/1.2770708.
Krack M. Pseudopotentials for H to Kr optimized for gradient-corrected exchange-correlation functionals. Theor. Chem. Acc. 2005, 114, 145–152. Doi: 10.1007/s00214-005-0655-y.
Humphrey W., Dalke A., Schulten K. VMD: visual molecular dynamics. J. Mol. Graph. 1996, 14, 33–38. Doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5.
Allouche A.R. Gabedit – A graphical user interface for computational chemistry softwares. J. Comput. Chem. 2011, 32, 174–182. Doi: 10.1002/jcc.21600.
Fizer, M., Slivka M., Rusanov E., Turov A., Lendel V. [1,3]Thiazolo[2′,3′:3,4][1,2,4] triazolo[1,5-a]pyrimidines – a new heterocyclic system accessed via bromocyclization. J. Heterocyclic Chem. 2015, 52, 949–952. Doi: 10.1002/jhet.2073.
