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Evaluación computacional de la estructura y propiedades moleculares de polifenoles y cumarinas para uso en celdas solares sensibilizadas por colorante
RODY ABRAHAM SOTO ROJO
MARIO DANIEL GLOSSMAN MITNIK
JESUS ADRIAN BALDENEBRO LOPEZ
Acceso Abierto
Atribución
Diferentes sistemas moleculares, con potencial uso en celdas solares sensibilizadas por colorante, fueron estudiados en este trabajo de tesis: a) colorantes orgánicos libres de metal derivados de cumarinas; y b) colorantes orgánicos naturales, como flavonoides, antocianinas y algunos compuestos fenólicos de menor tamaño. Todas las moléculas fueron calculadas a través de la teoría de funcionales de la densidad (DTF) y DFT dependiente del tiempo para obtener optimización de la geometría, frecuencias, energías y el espectro de absorción ultravioleta visible. Fueron probados los funcionales de la densidad GGA hibrido B3LYP, Meta-GGA M06-L y los MetaGGA híbridos M06, M06-2X y M06-HF, combinados con el conjunto base MIDIY. De acuerdo a la aproximación entre el espectro de absorción teórico y experimental, y a los niveles de energía HOMO y LUMO obtenidos, el funcional elegido fue M06, el cual fue usado para obtener la optimización de la geometría y las energías, además del espectro de absorción para sistemas pequeños y medianos. En los sistemas de mayor tamaño el espectro de absorción UV-Vis fue obtenido mediante M06-2X. Como una excepción, los compuestos fenólicos fueron calculados con el nivel de cálculo B3LYP/6-311G(d), por sus pocos átomos. Del estudio de cumarinas se obtuvo una metodología confiable para la selección del mejor colorante en un grupo de candidatos, usando la fuerza impulsora de inyección electrónica (inject) de los niveles de energía HOMO LUMO y los parámetros de reactividad química. Además se estudió el efecto del tamaño del puente  en cumarinas y la propuesta de novedosos sistemas derivados de cumarinas con puente  extendido como una opción más eficiente. Una metodología similar fue empleada para el estudio de los colorantes naturales como flavonoides, antocianinas y compuestos fenólicos, resultando en su mayoría una opción como fotosensibilizadores naturales en la celda, de los cuales antocianinas obtuvieron las mejores propiedades electrónicas con potencial uso en celdas sensibilizadas por colorante.
Different molecular systems were studied, with potential to be used as photosensitizers in dye sensitized solar cells: a) coumarin derivatives metal free organic dyes; and b) natural organic dyes as flavonoids, anthocyanins and some phenolic compounds with smaller size. All molecules were calculated through density functional theory (DFT) and time-dependent DFT to obtain geometry optimization, energies and the ultraviolet visible absorption spectrum. It was used different density functional: the B3LYP hybrid GGA, the M06-L Meta-GGA and the M06, M06-2X and M06-HF Hybrid Meta-GGA, combined with MIDIY basis set. According to the approximation between the theoretical and experimental absorption spectrum and the HOMO LUMO energy levels obtained, M06 was chosen to obtain the geometry optimization and energies, further the absorption spectrum of small and medium molecular systems. The UV-Vis absorption spectrum of larger systems was calculated using M06-2X. As an exception, the phenolic compounds were calculated with the B3LYP/6-311G(d) level of calculation, due to its few atoms. The coumarins were studies and it was obtained a reliable methodology to choose the best dye from a candidates group, using the driving force for electron injection (inject) of the HOMO and LUMO energy levels, and the chemical reactivity parameters. Furthermore, it was studied the size effect of the extended  bridge as a more efficient option. A similar methodology was used to study the natural dyes as flavonoids, anthocyanins and phenolic compounds; several natural dyes were an option as natural photosensitizers in the cell, where anthocyanins obtained the best electronic properties with potential to be used in dye-sensitized solar cells.
2015-12
Tesis de doctorado
Español
QUÍMICA ANALÍTICA
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