การศึกษาเชิงทฤษฏีของสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุรูทีเนียมด้วยระเบียบวิธี Density Functional Theory

ชื่อผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
  • ชาญ ลออวรเกียรติ

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
  • ยุทธนา ตันติรุ่งโรจน์ชัย

สถาบันการศึกษาที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

ระดับการศึกษา

โครงงานในระดับการศึกษาปริญญาโทขึ้นไป

หมวดวิชา

โครงงานในสาขาวิชาฟิสิกส์

วันที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

01 มกราคม 2541

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

จากการศึกษาคุณสมบัติสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุรูทีเนียม cis dithiocyanatobis (4,4’ dicarboxy 2,2’ bipyridine)ruthenium (II) หรือ N3 และ tricyanato 2,2’2’’ terpyridyl 4,4’4’’ tricarboxylate ruthenium (II) หรือ Black Dye (รูป) ซึ่งทำหน้าที่เป็นโมเลกุลรับแสงในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิด สีย้อมไวแสง ด้วยระเบียบวิธี density functional theory นั้น พบว่าลักษณะของโครงสร้างที่พบว่ามีพลังงานต่ำที่สุดนั้นสอดคล้องกับโครงสร้างที่ได้จากการเลี้ยวเบนด้วยรังสีเอ็กซ์ ไม่ว่าจะใช้การคำนวณระดับไหนหรือbasis set ใด ลักษณะของโครงสร้างของระดับชั้นพลังงานที่คำนวณได้นั้นแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการนำสารชนิดนี้ไปใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ กล่าวคือค่าพลังงานของ LUMO เหมาะสมกับพลังงานของ conduction band ของ TiO2 และองค์ประกอบของ HOMO โดยมากจะมาจาก thiocyanate ลิแกนด์ซึ่งแสดงถึงประสิทธิภาพการขนถ่ายอิเลคตรอน ส่วนสุดท้ายเป็นการจำลองสเปกตรัมการดูดกลืนแสงในช่วงยูวีถึงช่วงแสงขาว ขึ้นมาด้วยระเบียบวิธี time dependent density functional theory (TDDFT) พบว่าให้ผลที่สอดคล้องกับผลการทดลอง UV Vis spectroscopy หากเพิ่มผลของการละลายลงไป The ground and excited electronic structures of two ruthenium dyes, N3 or cis dithiocyanato bis(4,4’ dicarboxy 2,2’ bipyridine) ruthenium(II) and black dye or tricyanato 2,2’2’’ terpyridyl 4,4’4’’ tricarboxylate ruthenium (II) (see Figures below) were investigated by density functional theory (DFT). The optimized geometry does not show any significant variation from available X ray diffraction data. All tested basis sets and exchange correlation functionals show similar results. The N3 and black dye show the characteristics of efficient sensitizing dye in dye sensitized nanocrystalline TiO2 solar cell, orbital energy matching of dyes’ LUMO with TiO2 conduction band and the localization of HOMO electron density in thiocyanate ligand. The absorption spectra were calculated by the time dependent density functional theory (TDDFT). N3 and black dye exhibit similar results to the UV vis spectroscopy data and the assignment of transition types. All calculations show an important contribution of solvent model to the computation.