Desenvolvimento de métodos para o estudo teórico da dinâmica de sistemas moleculares

Abstract

Três fenômenos dinâmicos em sistemas moleculares e condensados foram investigados por simulações de dinâmica molecular e eletrônica. Foram estudados dois tipos de transferência eletrônica, a transferência eletrônica interfacial e atransferência eletrônica acoplada com próton (PCET), ambas relacionadas a processos de conversão de energia. Para isso, um método computacional foi desenvolvido e implementado, junto ao método híbrido QM/MM para simulação de sistemas atomísticos de grande escala. Foram realizadas simulações com o método híbrido QM/MM para calcular a transferência eletrônica do corante orgânico CT-CA em células solares de corantes. Observou-se que os efeitos do acoplamento elétron-buraco e do movimento nuclear têm pouco efeito na escala ultrarrápida de injeção eletrônica. A reação PCET no composto 2-(2?-hidróxifenol)benzotiazol foi estudada com o método QM/MM. Observou-se que o método foi capaz de descrever a física do problema, porém demonstrou variar bastante com a estrutura utilizada e a temperaturada simulação. Além disso, foi estudada a solvatação preferencial de um corante 4-[(fenilmetileno)imino]-fenolato nitro-substituído em misturas metanol/água, e observou-se que interações específicas solvente-solvente são formadas na mistura, e a mudança na solvatação do grupo fenol do corante é a principal responsável pelo efeito solvatocrômico observado em solução.<br>

Abstract : Three dynamic phenomena in molecular and condensed systems were investigated by molecular and electron dynamics simulations. Two types of electron transfer reactions, interfacial electron transfer and proton-coupled electron transfer (PCET), were studied, both related to energy conversion processes. A computational method to perform molecular mechanics simulations was developed and implemented with a hybrid QM/MM method to simulate atomistic systems. It was performed dynamical simulations with the hybrid QM/MM method to calculate the electron transfer of an organic dye of the type donor p-bridge acceptor in dye-sensitized solar cells. It was observed that the effects of electron-hole coupling and nuclear dynamics have little effect in the ultrafast scale of electron transfer. It was found slow components of the electron injection in the picosecond time scale. The PCET reaction in the compound 2-(2 -hydroxyphenyl)benzothiazole was studied with the QM/MM method. It was observed that the method was capable of describing the underlying physics of the problem, although it demonstrated dependence with the initial structure and the temperature of the simulation. The preferential solvation of a nitro-substitued 4-[(phenylmethylene)imino]-phenolate in methanol/water mixtures was also studied and it was observed that specific solvent-solvent interactions are formed in the mixture, and the change of solvation in the phenolate group of the dye is the main responsable for the solvatochromic effect observed in solution.