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碳纳米管-氧化铁(III)纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池阴极：计算建模与电化学研究
摘要： 以下是关于多壁碳纳米管（MWCNT）与α-三氧化二铁（α-Fe?O?）纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池（DSCs）阴极材料适用性的评估结果。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）和X射线元素映射分析对MWCNT/α-Fe?O?纳米复合材料的形貌和结构进行了表征。此外，针对代表高电流密度、低峰谷分离、低电荷转移电阻及近乎100%稳定响应信号的I?/I??氧化还原对的电化学活性，研究了该纳米复合材料的性能。进一步采用分子力学（MM）和限制性Hartree-Fock/半经验参数化（RHF/PM6）方法进行的计算建模显示，所建模型纳米复合材料的最高占据分子轨道（HOMO）、最低未占分子轨道（LUMO）及HOMO-LUMO能隙分别为-6.88 eV、-3.62 eV和3.26 eV，这些特性与DSC结构的电子能级级联相匹配。最终，采用N719敏化TiO?光阳极和MWCNT/α-Fe?O?对电极组装的DSC器件，展现出0.7 V的开路电压、20.37 mA cm?2的短路电流密度及6.0%的功率转换效率。本研究成功证实了该纳米复合材料作为碘基染料敏化太阳能电池阴极材料的潜力。
关键词： 染料敏化太阳能电池，纳米复合材料，碳纳米管，分子力学，RHF/PM6，氧化铁(III)
更新于2025-11-21 11:18:25
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视网膜质子化席夫碱的不同氢键环境控制着通道视紫红质-2中的光异构化
摘要： 通过量子力学/分子力学方法研究了通道视紫红质-2（ChR2）光循环的初始事件——反式到顺式的光异构化过程，同时考虑了基态中视网膜环境的柔性特征。采用从头算多组态理论水平处理生色团，我们能够基于泵浦-探测光谱学合理解释实验发现，阐明ChR2相较于其他视紫红质所呈现的更复杂独特机制。特别地，研究发现氢键模式差异会导致不同激发态参与反应，由此可推定最有效的氢键构型。此外，通过模拟红外光谱表征光异构化后首个光循环中间体P500的结构，并与现有实验数据对比验证。该结果源自基于密度泛函理论的半经验方法描述生色团的大规模分子动力学模拟，明确鉴定了从视网膜Schiff碱接受质子的抗衡离子：谷氨酸E123的侧链。
关键词： 傅里叶变换红外光谱、量子力学/分子力学、视黄醛席夫碱、光异构化、通道视紫红质-2、氢键、激发态、分子动力学
更新于2025-09-23 06:53:35
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人工光捕获系统的分子力学模拟与改进的紧束缚哈密顿量：预测蛋白质环境中发色团的几何分布、无序性及光谱特性
摘要： 我们展示了对由发色团附着于烟草花叶病毒（TMV）蛋白支架构成的人工光捕获原型系统进行的分子力学与光谱计算。这些体系虽已通过合成及光谱表征，但关于TMV模板化发色团组装体的微观构型与几何结构信息尚不明确。我们采用蒙特卡洛构象搜索算法，确定了香豆素343及其连接臂、俄勒冈绿488这两种发色团在TMV蛋白两个不同位点（104和123）结合时的优选位置与取向。所得几何信息表明：TMV模板化发色团组装体的无序程度、聚集特性及光学性质，高度依赖于所选发色团类型及其结合的蛋白位点。我们将构象搜索获得的几何参数与改进的紧束缚哈密顿量结合，模拟线性吸收光谱并与实验测量值对比。由于发色团间距可能极小，哈密顿量的理想偶极近似并不适用。研究发现，必须采用构象搜索获得的几何结构才能复现实验光谱峰的特征。
关键词： 烟草花叶病毒（TMV）、线性吸收光谱、光谱计算、人工光捕获系统、蒙特卡罗构象搜索、紧束缚哈密顿量、分子力学、发色团
更新于2025-09-10 09:29:36