Time-domain ab initio study of charge relaxation and recombination in dye-sensitized TiO2

Journal of the American Chemical Society

Volumn 129, Issue 27, 2007, Pages 8528-8543

  Duncan, Walter R ^a   Craig, Colleen F ^a   Prezhdo, Oleg V ^a  

^a UNIVERSITY OF WASHINGTON   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRON DYNAMICS; KOHN-SHAM BASIS; STATE-OF-THE-ART QUANTUM-CLASSICAL APPROACH;

CHARGE TRANSFER; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DYES; PHOTOCHEMICAL REACTIONS; RELAXATION PROCESSES; TIME DOMAIN ANALYSIS;

TITANIUM DIOXIDE;

ALIZARIN; DYE; ELECTROLYTE; IODINE; TITANIUM DIOXIDE;

AB INITIO CALCULATION; ARTICLE; CHEMICAL BOND; COMPLEX FORMATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCHEMISTRY; ELECTRON TRANSPORT; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR STABILITY; PHOTOCHEMISTRY; QUANTUM CHEMISTRY; SEMICONDUCTOR; SURFACE PROPERTY; TIME; VIBRATION;

EID: 34447514198     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja0707198     Document Type: Article

References (98)

1. Nitzan, A.; Ratner, M. A. Science 2003, 300, 1384.
2. Fan, F. F.; Yao, Y.; Cai, L.; Cheng, L.; Tour, J. M.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4035.
3. Zhirnov, V. V; Cavin, R. K. Nat. Mater. 2006, 5, 11.
4. Li, B.; Zhao, J.; Onda, K.; Jordan, K. D.; Yang, J. L.; Petek, H. Science 2006, 311, 1436.
5. Lewis, N. S. J. Electroanal. Chem. 2001, 508, 1.
6. Memming, R. Semiconductor Electrochemistry; Wiley-VCH: Weinheim, 2001.
7. Zhao, W.; Ma, W. H.; Chen, C. C.; Zhao, J. C.; Shuai, Z. G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4782.
8. Hirakawa, T.; Whitesell, J. K.; Fox, M. A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10213.
9. Liu, D.; Hug, G. L.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. 1995, 99, 16768.
10. Oregan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737.
11. Huang, S. Y.; Schlichthorl, G.; Nozik, A. J.; Gratzel, M.; Frank, A. J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2576.
12. McConnell, R. D. Renew. Sustain. Energy Rev. 2002, 6, 273.
13. Tributsch, H. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1511-30.
14. Biju, V.; Micic, M.; Hu, D. H.; Lu, H. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9374.
15. Anderson N. A.; Lian, T. Q. Ann. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 491.
16. Watson, D. F.; Meyer, G. J. Ann. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 119-56.
17. Anderson, N. A.; Hao, E. C.; Ai, X.; Hastings, G.; Lian, T. Q. Chem. Phys. Lett. 2001, 347, 304.
18. Lonergan, M. Ann. Rev. Phys. Chem. 2004, 55, 257-98.
19. Haque, S. A.; Palomares, E.; Cho, B. M.; Green, A. N. M.; Hirata, N.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3456.
20. Fourier S.; Colladet, K.; Cleij, T. J.; Lutsen, L.; Gelan, J.; Vanderzande, D.; Nguyen, L. H.; Neugebauer, H.; Sariciftci, S.; Aguirre, A.; Janssen, G.; Goovaerts, E. Macromolecules 2007, 40, 65.
21. Nozik, A. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2001, 52, 193.
22. Schaller R. D.; Klimov, V. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 186601.
23. Kamisaka, H.; Kilina, S. V.; Yamashita, K.; Prezhdo, O. V. Nano Lett. 2006, 6, 2295.
24. Scharber, M. C.; Wuhlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. L. Adv. Mater. 2006, 18, 789.
25. Segura, J. L.; Martin, N.; Guldi, D. M. Chem. Soc. Rev. 2005, 56, 31-47.
26. Kymakis, E.; Amaratunga, G. A. J. App. Phys. Lett. 2002, 80, 112-14.
27. Habenicht, B. F.; Craig, C. F.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 187401.
28. Tachibana, Y.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. B 1996, 100, 20056-20062.
29. Liu, Y.; Dadap, J. I.; Zimdars, D.; Eisenthal, K. B. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2480.
30. Ramakrishna, G.; Ghosh, H. N.; Singh, A. K.; Palit, D. K.; Mittal, J. P. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12786.
31. Piotrowiak, P.; Galoppini, E.; Wei, Q.; Meyer, G. J.; Wiewior, R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5278-79.
32. Furube, A.; Katoh, R.; Hara, K.; Sato, T.; Murata, S.; Arakawa, H.; Tachiya, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16406-14.
33. Hannappel, T.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6799.
34. Ramakrishna, S.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 68.
35. Ramakrishna, S.; Willig, F.; May, V.; Knorr, A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 607.
36. Schwarzburg, K.; Ernstorfer, R.; Felber, S.; Willig, F. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1259.
37. Gundlach, L.; Felber, S.; Storck, W.; Galoppini E.; Wei, Q.; Willig, F. Res. Chem. Interm. 2005, 31, 39-46.
38. Persson, P.; Lundqvist, M. J.; Ernstorfer, R.; Goddard, W. A.; Willig, F. J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 441-51.
39. Ghosh, H. N.; Asbury, J. B.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6482-86.
40. Asbury, J. B.; Ellingson, R. J.; Ghosh, H. N.; Nozik, A. J.; Ferrere, S.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3110.
41. Asbury, J. B.; Hao, E.; Wang, Y.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 11957-64.
42. Asbury, J. B.; Hao, E. C.; Wang, Y. Q.; Ghosh, H. N.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4545.
43. Anderson, N. A.; Hao, E.; Ai, X.; Hastings, G.; Lian, T. Physica E 2002, 14, 215.
44. Asbury, J. B.; Anderson, N. A.; Hao, E.; Ai, X.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7376.
45. Wang, Y.; Hang, K.; Anderson, N. A.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9434.
46. Anderson N. A.; Lian, T. Q. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1231.
47. She, C. X.; Anderson, M. A.; Guo, J. C.; Liu, F.; Goh, W. H.; Chen, D. T.; Mohler, D. L.; Tian, Z. Q.; Hupp, J. T.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19345-55.
48. Ai, A.; Anderson, N. A.; Guo, J. C.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7088.
49. Trachibana, Y.; Haque, S. A.; Mercer, I. P.; Durrant, J. R.; Klug, D. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1198-1205.
50. Ramakrishna, G.; Singh, A. K.; Palit, D. K.; Ghosh, H. N. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4775-47833.
51. Ramakrishna, G.; Jose, D. A.; Kumar, D. K.; Das, A.; Palit, D. K.; Ghosh, H. N. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15445-15453.
52. Huber, R.; Spoerlein, S.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8995.
53. Huber, R.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 6494.
54. Matylitsky, V. V.; Lenz, M. O.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B. 2006, 110, 8372.
55. Zhang, D. S.; Downing, J. A.; Knorr, F. J.; McHale, J. L. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 21890.
56. Pollard, J. A.; Zhang, D. S.; Downing, J. A.; Knorr, F. J.; McHale, J. L. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 11443.
57. Ramakrishna, S.; Willig, F.; May, V. J. Chem. Phys. 2001, 115, 2743-56.
58. Wang, L. X; May, V. J. Chem. Phys. 2004, 121, 8039.
59. Wang, L. X.; Willig, F.; May, V. J. Chem. Phys. 2006, 124, 014712.
60. Thoss, M.; Kondov, I.; Wang, H. B. Chem. Phys. 2004, 304, 169.
61. Kondov, I.; Thoss, M.; Wang, H. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 1364-74.
62. Kondov, I.; Wang, H. B.; Thoss, M. Int. J. Quant. Chem. 2006, 106, 1291.
63. Rego, L. G. C.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7989.
64. Abuabara, S. G.; Rego, L. G. C; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 18234.
65. Stier, W.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8047.
66. Stier, W.; Prezhdo, O. V. Isr. J. Chem. 2002, 42, 213.
67. Stier, W.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Adv. Mater. 2004, 16, 240.
68. Duncan, W. R.; Stier, W. M.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7941.
69. Duncan W. R.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 17998.
70. Duncan W. R.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 365.
71. Craig, C. F.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 163001.
72. Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 143.
73. Kelly, C. A; Meyer, G. J. Coord. Chem. Rev. 2001, 211, 295.
74. Fisher, A. C.; Peter, L. M.; Ponomarev, E. A.; Walter, A. B; Wijayantha, K. G. U. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 949.
75. Kittel, C. Introduction to solid state physics; Wiley: New York, 1996.
76. Marques, M. A. L.; Gross, E. K. U. Annu. Rev. Phys. Chem. 2004, 55, 427.
77. Baer, R.; Neuhauser, D. J. Chem. Phys. 2004, 121, 9803.
78. Tretiak, S.; Igumenshchev, K.; Chernyak, V. Phys. Rev. B 2005, 71, 033201.
79. Li, X. S.; Frisch, M. J.; Tully, J. C.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 2005, 123, 084106.
80. Tully, J. C. J. Chem. Phys. 1990, 93, 1061.
81. Hammes-Schiffer, S.; Tully, J. C. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4657.
82. Parandekar, P. V.; Tully, J. C. J. Chem. Phys. 2006, 122, 094102.
83. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, 1133.
84. Leforestier, C.; Bisseling, R. H.; Cerjan, C.; Feit, M. D.; Friesner, R.; Guldberg, A.; Hammerich, A.; Jolicard, G.; Karrlein, W.; Meyer, H. D.; Lipkin, N.; Roncero, O; Kosloff, R. J. Comput. Phys. 1991, 94, 59.
85. Perdew, J. P.; Burke, K.; Wang, Y. Phys. Rev. B 1996, 54, 16533.
86. Onida, G.; Reining, L.; Rubio, A. Rev. Mod. Phys. 2002, 74, 601.
87. Prezhdo O. V.; Rossky, P. J. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 5294
88. Prezhdo, O. V. J. Chem. Phys. 1999, 111, 8366.
89. Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 4413.
90. Horsfield, A. P.; Bowler, D. R.; Fisher, A. J.; Todorov, T. N.; Sanchez, C. G. J. Phys.: Condens. Matter 2004, 16, 8251.
91. Prezhdo, O. V. Theor. Chem. Acc. 2006, 116, 206.
92. Zhang, Z., et al. Langmuir 2004, 20, 4954.
93. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15.
94. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169.
95. Vanderbilt, D. Phys. Rev. B 1990, 41, 7892.
96. Redfern, P. C.; Zapol, P.; Curtiss, L. A.; Rajh, T; Thurnauer, M. C. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11419.
97. Szabo, A; Ostlund, N. S. Modern Quantum Chemsitry, 1st revised ed.; McGraw-Hill, Inc.: New York, 1989.
98. Zanni, M. T.; Greenblatt, B. J; Neumark, D. M. J. Chem. Phys. 1998, 109, 9648.