Struktur Geometri dan profil permukaan energi potensial Porfirin keadaan dasar dan tereksitasi radikal (+1)

ABSTRAK:

Panel surya/sel surya sebagai salah satu energi alternatif untuk menggantikan pemakaian bahan bakar fosil sebagai produksi energi. Sel surya pada saat ini sudah mencapai generasi ketiganya. Salah satu cabang dari generasi ketiga ini adalah DSSC. DSSC menggunakan sensitisasi pewarna (dye sensitizer) dalam penangkapan energi matahari. Salah satu dye/pewarna ini adalah porfirin. Peta energi potensial permukaan dari struktur porfirin yang mengalami eksitasi dalam panel surya belum banyak terpetakan. Saat porfirin ini mengalami eksitasi, ia akan mengalami perubahan struktur geometri.

Penelitian yang dilakukan penulis adalah melakukan pemetaan energi potensial permukaan dari struktur geometri porfirin yang mengalami eksitasi dilanjutkan dengan penentuan adanya conical intersection yang terjadi antara porfirin keadaan dasar (ground state) dengan keadaan tereksitasi (excited state). Pemetaan ini dilakukan dengan cara menghitung energi pada setiap perubahan struktur geomteri porfirin yang terjadi setelah dilakukan optimasi. Struktur geometri yang dioptimasi ini menggunakan level teori HF/6-31G(d,p). Plot Potential Energi Surface (PES) porfirin keadaan dasar dan keadaan tereksitasi radikal +1 dibentuk dari 10 (sepuluh) variasi pada panjang ikatan. Perhitungan titik-titik energi PES menggunakan level teori UHF/6-31G(d,p).

Dari penelitian ini, diketahui bahwa porfirin mengalami perubahan geometri ketika mengalami eksitasi dari kedaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi. Perubahan geometri yang dominan adalah perubahan panjang ikatan pada beberapa ikatan C-C kerangka utama porfirin. Informasi yang didapat dari PES porfirin keadaan dasar dan keadaan tereksitasi radikal +1 adalah bahwa energi gap eksitasi porfirin adalah 4,94 eV. Tidak terdapat conical intersection antara PES porfirin keadaan dasar dan keadaan tereksitasi radikal +1, hal ini menunjukkan bahwa tidak mungkin terjadi proses radiationless decay dari porfirin keadaan tereksitasi radikal +1 menuju keadaan dasarnya kembali.

ABSTRACT:

Solar panel as alternative energy to replace the use of fossil fuels as energy production. Solar cells have now reached their third generation. One of the branches of this third generation is DSSC. DSSC uses a dye sensitizer to capture solar energy. One of these dyes is porphyrin. The surface potential energy map of the excitable porphyrin structure in solar panels has not been widely mapped. When this porphyrin experiences excitation, it will go through a change in the geometric structure.

The research conducted by the author is to map the potential energy surface of the geometrical structure of the excited porphyrin followed by determining the presence of a conical intersection that occurs between the ground state porphyrin and the excited state. This mapping is carried out by calculating the energy for each change in the porphyrin geometric structure that occurs after optimization. This optimized geometric structure uses the HF/6-31G(d, p) theory level. Potential Energy Surface (PES) plots the ground state and radical excited +1 state porphyrins are formed by ten (10) changes in bond length. The calculation of PES points are uses the theoretical level of UHF/6-31G(d,p).

It can be from this study that the porphyrin undergoes geometrical changes when it is excited from the ground state to the excited state. The main geometric change is the change in the bond length of some of the C-C bonds of the main porphyrin skeleton. The information obtained from the ground state and the radical excited +1 State PES porphyrin is excited with an energy gap is 4.94 eV. There is no conical intersection between the ground state and the radical excited +1 state. This is indicating that radiationless decay is not possible from +1 radical excited state porphyrins to their ground state again.

ملخص البحث:

كوسوما، أ. ك. 2021. هيكل الهندسة و صورة سطح الدّيناميكيّةكان اللّوح الشمسيّ أو الخليّة الشمسيّة هو احدي الديناميكيّات البديلة لتبديل استعمال محروقات المستحاث كإنتاج الديناميكيّة. وصلت الخليّة الشمسيّة إلى المرحلة الثّالثة. و أحد الفروع من المرحلة الثّالثة هو DSSC. يستعمل DSSC سينسيتيساسي اللّون (dye sensitizer) في احتلال ديناميكيّة الشمس. وأحد الألوان هو فورفيرين. وتمرّس خريطة الدّيناميكيّة القويّة السّطحيّة من هيكل فورفيرين ايكسيتاسي في اللّوح الشمسيّ غير مدونة على الخريطة. و حين يمرّس فورفيرين ايكسيتاسي، سيمرّس تغيير هيكل الهندسة.

و تعمل الباحثة هذا البحث هو أداء تخطيط الدّيناميكيّة القويّة السّطحيّة من هيكل الهندسة فورفيرين الّذي يمرّس ايكسيتاسي و يُستمرّ بتعيين وجود conical intersection الّذي يقع بين فورفيرين الحال السّطحيّ (ground state) بحال ايكسيتاسي (excited state). و يُعمل هذا التخطيط بطريقة حساب الدّيناميكيّة في كلّ تغيير هيكل الهندسة فورفيرين الّذي يقع بعد أداء الأمثل. و هيكل الهندسة الّذي يُمثل باستعمال الدّرجة النّظريّة HF/6-31G(d,p). وعقدة Potential Energi Surface (PES) فورفيرين الحال السّطحيّ و حال ايكسيتاسي المتطرّفة (+1) يُشكّل من عشرة أنواع في طويل الرّابط. و حساب نقط الدّيناميكيّة PES يستعمل الدّرجة النّظريّة UHF/6-31G(d,p).

و يُعرف هذا البحث أنّ فورفيرين يمرّس تغيير الهندسة حين تمريس ايكسيتاسي من الحال السّطحيّ إلى حال ايكسيتاسي. و تغيير الهندسة الغالبة هو تغيير طويل الرّابط في بعض رابطة C-C الإطار الأوّل فورفيرين. و يُنال الخبر من PES فورفيرين الحال السّطحيّ و حال ايكسيتاسي المتطرّفة +1 و هو أنّ ديناميكيّة كاف ايكسيتاسي فورفيرين هو 4,94 eV. و لا يوجد conical intersection بين PES فورفيرين الحال السّطحيّ و حال ايكسيتاسي المتطرّفة +1، و يدلّ هذا الحال أنّ المستحيل يقع عمليّة radiationless decay من فورفيرين حال ايكسيتاسي المتطرّفة +1 إلى الحال السّطحيّ مرّة أخرى.