Ab initio nonadiabatic molecular dynamics of the ultrafast electron injection from a PbSe quantum dot into the TiO 2 surface

Journal of the American Chemical Society

Volumn 133, Issue 47, 2011, Pages 19240-19249

  Long, Run ^a,b   Prezhdo, Oleg V ^a  

^a UNIVERSITY OF ROCHESTER   (United States)

^b UNIVERSITY COLLEGE DUBLIN   (Ireland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO; ACCEPTOR STATE; AMBIENT CONDITIONS; DONOR AND ACCEPTOR; DONOR-ACCEPTORS; ELECTRON-PHONON RELAXATION; ET PROCESS; HEAVY ELEMENTS; HIGH FREQUENCY; INITIAL CONDITIONS; LOCAL INFLUENCE; LOW FREQUENCY; LOW-FREQUENCY VIBRATION; MOLECULAR SYSTEMS; NONADIABATIC MOLECULAR DYNAMICS; OPTICAL PHONONS; PHOTO-INDUCED; RUTILE TIO; SEMICONDUCTOR SOLAR CELLS; SINGLE MOLECULE LEVEL; STATE ENERGY; SURFACE IMPURITIES; TIME DOMAIN; TIO; ULTRA-FAST; ULTRAFAST ELECTRON INJECTION; ULTRAFAST PHOTO-INDUCED ELECTRON TRANSFER;

CHEMICAL ELEMENTS; CHROMOPHORES; DYNAMICS; ENERGY CONVERSION; ENERGY DISSIPATION; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULES; OXIDE MINERALS; PHONONS; SEMICONDUCTOR QUANTUM DOTS; SOLAR ENERGY; SURFACES;

TITANIUM DIOXIDE;

LEAD; QUANTUM DOT; SELENIUM; TITANIUM DIOXIDE;

ARTICLE; ELECTRICAL EQUIPMENT; ELECTRICITY; MOLECULAR DYNAMICS; NONADIABATIC MOLECULAR DYNAMICS; SEMICONDUCTOR; SOLAR CELL;

ELECTRONS; LEAD; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; QUANTUM DOTS; QUANTUM THEORY; SELENIUM COMPOUNDS; SURFACE PROPERTIES; TITANIUM;

EID: 81855199869     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja2085806     Document Type: Article

References (107)

1. Brown, G. E.; Henrich, V. E.; Casey, W. H.; Clark, D. L.; Eggleston, C.; Felmy, A.; Goodman, D. W.; Grätzel, M.; Maciel, G.; McCarthy, M. I.; Nealson, K. H.; Sverjensky, D. A.; Toney, M. F.; Zachara, J. M. Chem. Rev. 1998, 99, 77
2. Nitzan, A.; Ratner, M. A. Science 2003, 300, 1384
3. Fan, F.-R. F.; Yao, Y.; Cai, L.; Cheng, L.; Tour, J. M.; Bard, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4035
4. Hagfeldt, A.; Grätzel, M. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 269
5. Anderson, N. A.; Lian, T. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 491
6. Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 2834
7. Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 143
8. Prezhdo, O. V.; Duncan, W. R.; Prezhdo, V. V. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 339
9. Tang, J. W.; Durrant, J. R.; Klug, D. R. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13885
10. Roy, P.; Das, C.; Lee, K.; Hahn, R.; Ruff, T.; Moll, M.; Schmuki, P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5629
11. Jiang, D.; Zhao, H.; Zhang, S.; John, R. J. Catal. 2004, 223, 212
12. Zhao, W.; Ma, W.; Chen, C.; Zhao, J.; Shuai, Z. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4782
13. Anfuso, C. L.; Snoeberger, R. C.; Ricks, A. M.; Liu, W. M.; Xiao, D. Q.; Batista, V. S.; Lian, T. Q. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6922
14. Kamat, P. V. Chem. Rev. 1993, 93, 267
15. Zhu, X. Y. Annu. Rev. Phys. Chem. 1994, 45, 113
16. Yang, C.-C.; Yu, Y.-H.; van der Linden, B.; Wu, J. C. S.; Mul, G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8398
17. Guo, Z. Y.; Jenekhe, S. A.; Prezhdo, O. V. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7630
18. Zimmerman, P. M.; Zhang, Z. Y.; Musgrave, C. B. Nature Chem. 2010, 2, 648
19. Wang, C. L.; Wang, F. H.; Yang, X. D.; Li, Q. K.; Shuai, Z. G. Org. Electron. 2008, 9, 635
20. Park, S. I. Science 2009, 325, 977
21. Jin, S. Y.; Song, N. H.; Lian, T. Q. ACS Nano 2010, 4, 1545
22. Fang, Z.; Eshbaugh, A. A.; Schanze, K. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 3063
23. Kennedy, R. D.; Ayzner, A. L.; Wanger, D. D.; Day, C. T.; Halim, M.; Khan, S. I.; Tolbert, S. H.; Schwartz, B. J.; Rubin, Y. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17290
24. Kohler, A.; dos Santos, D. A.; Beljonne, D.; Shuai, Z.; Bredas, J. L.; Holmes, A. B.; Kraus, A.; Mullen, K.; Friend, R. H. Nature 1998, 392, 903
25. Tung, V. C. T. V. C.; Huang, J. H.; Tevis, I.; Kim, F.; Kim, J.; Chu, C. W.; Stupp, S. I.; Huang, J. X. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4940
26. Tributsch, H. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1511
27. Nozik, A. J. Phys. E (Amsterdam, Neth.) 2002, 14, 115
28. Sambur, J. B.; Novet, T.; Parkinson, B. A. Science 2010, 330, 63
29. O'Regan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737
30. Nishimura, S.; Abrams, N.; Lewis, B. A.; Halaoui, L. I.; Mallouk, T. E.; Benkstein, K. D.; van de Lagemaat, J.; Frank, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 6306
31. Redfern, P. C.; Zapol, P.; Curtiss, L. A.; Rajh, T.; Thurnauer, M. C. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11419
32. Xiao, D. Q.; Martini, L. A.; Snoeberger, R. C.; Crabtree, R. H.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9014
33. Terranova, U.; Bowler, D. R. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 6491
34. Standridge, S. D.; Schatz, G. C.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8407
35. Persson, P.; Bergström, R.; Lunell, S. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10348
36. Pal, S. K.; Sundstrom, V.; Galoppini, E.; Persson, P. Dalton Trans. 2009, 10021
37. Martsinovich, N.; Troisi, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 11781
38. Ramakrishna, S.; Seideman, T.; Willig, F.; May, V. J. Chem. Sci. 2009, 121, 589
39. Rego, L. G. C.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7989
40. Abuabara, S. G.; Rego, L. G. C.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 18234
41. Ramakrishna, S.; Willig, F.; May, V.; Knorr, A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 607
42. Li, J. R.; Kondov, I.; Wang, H. B.; Thoss, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 18481
43. Thoss, M.; Kondov, I.; Wang, H. Chem. Phys. 2004, 304, 169
44. Duncan, W. R.; Craig, C. F.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8528
45. Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 17998
46. Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9756
47. Duncan, W. R.; Stier, W. M.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7941
48. Stier, W.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Adv. Mater. 2004, 16, 240
49. Stier, W.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8047
50. Fischer, S. A.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15483
51. Onda, K.; Li, B.; Zhao, J.; Jordan, K. D.; Yang, J. L.; Petek, H. Science 2005, 308, 1154
52. Mora-Serí, I.; Giménez, S.; Fabregat-Santiago, F.; Gímez, R.; Shen, Q.; Toyoda, T.; Bisquert, J. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1848
53. Prezhdo, O. V. Chem. Phys. Lett. 2008, 460, 1
54. Prezhdo, O. V. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 2005
55. Robel, I.; Subramanian, V.; Kuno, M.; Kamat, P. V. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 2385
56. Schaller, R. D.; Klimov, V. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 186601
57. Ellingson, R. J.; Beard, M. C.; Johnson, J. C.; Yu, P.; Micic, O. I.; Nozik, A. J.; Shabaev, A.; Efros, A. L. Nano Lett. 2005, 5, 865
58. Schaller, R. D.; Pietryga, J. M.; Goupalov, S. V.; Petruska, M. A.; Ivanov, S. A.; Klimov, V. I. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 086801
59. Nozik, A. J.; Beard, M. C.; Luther, J. M.; Law, M.; Ellingson, R. J.; Johnson, J. C. Chem. Rev. 2010, 110, 6873
60. Beard, M. C.; Midgett, A. G.; Hanna, M. C.; Luther, J. M.; Hughes, B. K.; Nozik, A. J. Nano Lett. 2010, 10, 3019
61. McGuire, J. A.; Joo, J.; Pietryga, J. M.; Schaller, R. D.; Klimov, V. I. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1810
62. Nair, G.; Chang, L. Y.; Geyer, S. M.; Bawendi, M. G. Nano Lett. 2011, 11, 2145
63. Pijpers, J. J. H.; Ulbricht, R.; Tielrooij, K. J.; Osherov, A.; Golan, Y.; Delerue, C.; Allan, G.; Bonn, M. Nat. Phys. 2009, 5, 811
64. Pandey, A.; Guyot-Sionnest, P. Science 2008, 322, 929
65. Efros, A. L.; Rosen, M. Annu. Rev. Mater. Sci. 2000, 30, 475
66. Califano, M.; Franceschetti, A.; Zunger, A. Nano Lett. 2005, 5, 2360
67. Califano, M.; Zunger, A.; Franceschetti, A. Nano Lett. 2004, 4, 525
68. Rabani, E.; Baer, R. Nano Lett. 2008, 8, 4488
69. Rabani, E.; Baer, R. Chem. Phys. Lett. 2010, 496, 227
70. Kilina, S.; Ivanov, S.; Tretiak, S. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7717
71. Shockley, W.; Queisser, H. J. Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells; AIP: 1961; Vol. 32.
72. Fischer, S. A.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10006
73. Fischer, S. A.; Madrid, A. B.; Isborn, C. M.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. Lett. 2009, 1, 232
74. Fischer, S. A.; Isborn, C. M.; Prezhdo, O. V. Chem. Sci. 2011, 2, 400
75. Isborn, C. M.; Kilina, S. V.; Li, X. S.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18291
76. Isborn, C. M.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 12617
77. Madrid, A. B.; Hyeon-Deuk, K.; Habenicht, B. F.; Prezhdo, O. V. ACS Nano 2009, 3, 2487
78. Kamisaka, H.; Kilina, S. V.; Yamashita, K.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7800
79. Kamisaka, H.; Kilina, S. V.; Yamashita, K.; Prezhdo, O. V. Nano Lett. 2006, 6, 2295
80. Kilina, S. V.; Craig, C. F.; Kilin, D. S.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 4871
81. Kilina, S. V.; Kilin, D. S.; Prezhdo, O. V. ACS Nano 2009, 3, 93
82. Hyeon-Deuk, K.; Madrid, A. B.; Prezhdo, O. V. Dalton Trans. 2009, 10069
83. Hyeon-Deuk, K.; Prezhdo, O. V. Nano Lett. 2011, 11, 1845
84. Chen, L. L.; Bao, H.; Tan, T. Z.; Prezhdo, O. V.; Ruan, X. L. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 11400
85. Bao, H.; Habenicht, B. F.; Prezhdo, O. V.; Ruan, X. L. Phys. Rev. B 2009, 79, 235306
86. Tisdale, W. A.; Williams, K. J.; Timp, B. A.; Norris, D. J.; Aydil, E. S.; Zhu, X.-Y. Science 2010, 328, 1543
87. Tisdale, W. A.; Zhu, X. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011, 108, 965
88. Craig, C. F.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 163001
89. Fischer, S. A.; Habenicht, B. F.; Madrid, A. B.; Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. J. Chem. Phys. 2011, 134, 024102
90. Habenicht, B. F.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 197402
91. Habenicht, B. F. H. B. F.; Prezhdo, O. V. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14067
92. Habenicht, B. F.; Craig, C. F.; Prezhdo, O. V. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 166803
93. Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 10757
94. Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169
95. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
96. Blochl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953
97. Jasper, A. W.; Nangia, S.; Zhu, C. Y.; Truhlar, D. G. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 101
98. Prezhdo, O. V.; Duncan, W. R.; Prezhdo, V. V. Prog. Surf. Sci. 2009, 84, 30
99. Newton, M. D.; Sutin, N. Annu. Rev. Phys. Chem. 1984, 35, 437
100. Stier, W.; Prezhdo, O. V. Isr. J. Chem. 2002, 42, 213
101. Kigel, A.; Brumer, M.; Maikov, G. I.; Sashchiuk, A.; Lifshitz, E. Small 2009, 5, 1675
102. Lindsay, R.; Wander, A.; Ernst, A.; Montanari, B.; Thornton, G.; Harrison, N. M. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 246102
103. Yang, A. L. W.; H., Z.; Li, Z. F.; Qiu, D. J.; Chang, Y.; Li, J. F.; McCann, P. J.; Fang, X. M. Chin. Phys. Lett. 2000, 17, 3
104. Baumard, J.-F.; Gervais, F. Phys. Rev. B 1977, 15, 2316
105. Kondov, I.; Thoss, M.; Wang, H. B. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 1364
106. Zimmermann, C.; Willig, F.; Ramakrishna, S.; Burfeindt, B.; Pettinger, B.; Eichberger, R.; Storck, W. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9245
107. See, A. K.; Thayer, M.; Bartynski, R. A. Phys. Rev. B 1993, 47, 13722