Estudo computacional das propriedades eletrônicas de complexos polipiridínicos de rutênio(ii) com potencial aplicação em células solares sensibilizadas por corante

A busca por fontes renováveis de energia cresce cada vez mais em diversas regiões do mundo devido a demanda crescente e pela poluição gerada pelo uso de combustíveis fósseis. A energia solar é uma fonte renovável e inesgotável de energia que pode ser aproveitada diretamente por diversos tipos de cél...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2018
Main Author: Almeida, Rodrigo Fraga de lattes
Orientador/a: Costa, Luiz Antônio Sodré lattes
Banca: Polo, André Sarto lattes, Andrade, Gustavo Fernandes Souza lattes
Format: Dissertação
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Português:
DFT
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/7239
Resumo Português:A busca por fontes renováveis de energia cresce cada vez mais em diversas regiões do mundo devido a demanda crescente e pela poluição gerada pelo uso de combustíveis fósseis. A energia solar é uma fonte renovável e inesgotável de energia que pode ser aproveitada diretamente por diversos tipos de células solares. Entre estes variadostipos, as células solares sensibilizadas por corante (DSSCs em inglês) se mostram promissoras devido à sua alta eficiência. Das variadas moléculas usadas como sensibilizador neste tipo de célula, as mais eficientes são os complexos polipiridínicos de rutênio(II). Diversas propriedades são importantes para que uma molécula seja aplicável em uma DSSC como um sensibilizador eficiente, entre elas uma larga e intensa absorção na região visível e infravermelho próximo do espectro eletromagnético e um potencial redox que permita que o sensibilizador seja regenerado pelo par redox,que também faz parte da célula. Neste trabalhofoi construída uma metodologia computacional baseada em dados experimentais que leva a resultados com pequenos desviospara o cálculo de potenciais redox e espectros eletrônicosde complexos cis-[Ru(R2-phen)(dcbpy)(NCS)2], sendo dcbpy a 4,4’-dicarboxi-2,2’-bipiridina e R2-phen a 1,10-fenantrolina com substituintes R nas posições 4 e 7.Parao cálculo de potenciais redox foi aplicadaa teoria do funcional da densidade (DFT) e paraasimulação dosespectroseletrônicosa DFT dependente do tempo (TDDFT). Com esta metodologia, novos complexos foram avaliados e suas propriedades estudadas visando estimar as suas eficiências se aplicados a DSSCs. Os novos complexos que apresentaram melhores resultados,em ordem do menos para o mais promissor,são aqueles com substituintes R = 2-piridil, 2-(5-etilfuril), 2-benzotiazolil.
The search for renewable energy sources grows increasingly in many regions of the world due to the crescent demand and pollution generated by the use of fossil fuels.The solar energy is a renewable and endless source of energy, which may be harnessed directly with different types of solar cells. Among thesevaried types, the dye-sensitized solar cells (DSSCs) present themselves to be promising owing to their high efficiency. Fromthe many molecules used as sensitizers in this kind of cell, the most efficient are thepolypyridinicruthenium(II) complexes. Different properties are important for a molecule to be applicable in a DSSC as an efficient sensitizer, among them a broad and intense absorption in the visible and near infrared region of the electromagnetic spectrum and a redox potential that allows the sensitizer to be regenerated by the redox couple,that is also part of the cell. In this work wasbuilt a computational methodologybased on experimental datawhich gives results with small deviations, for the calculation of redox potentials and electronic spectra of complexes cis-[Ru(R2-phen)(dcbpy)(NCS)2], where dcbpy is the4,4’-dicarboxylic acid 2,2’-bipyridineandR2-phenthe1,10-phenanthrolinewith R substituents on the positions 4 and 7. For the calculation of redox potentials, was applied the density functional theory (DFT) and for the electronic spectra simulations, the time-dependent DFT (TDDFT). With this methodology, new complexes where evaluated and their properties studied intending to estimate their efficiencies if applied to DSSCs. The new complexes that presented better results, in order from the less to the most promising, were those with substituents R = 2-pyridyl, 2-(5-ethylfuryl) and 2-benzothiazolyl.