Organic dyes, because of their many advantages, such as high molar extinction coefficients, convenience of customized molecular design for desired photophysical and photochemical properties, inexpensiveness with no transition metals contained, and environment-friendliness, are suitable as photosensitizers for the Dye-sensitized Solar Cell (DSSC). The efficiency of DSSC based on metal-free organic dyes is known to be much lower than that of Ru dyes generally, but a high solar energy-to-electricity conversion efficiency of up to 8% in full sunlight has been achieved by Ito et al. using an indoline dye. This result suggests that smartly designed and synthesized metal-free organic dyes are also highly competitive candidates for photosensitizers of DSSCs with their advantages mentioned above. Recently, the performance of DSSC based on metal-free organic dyes has been remarkably improved by several groups. We had reported the novel organic dye with double electron acceptor chromophore, which was a new strategy to design an efficient photosensitizer for DSSC. To verify the strategy, we synthesized organic dyes whose geometries, electronic structures and optical properties were derived from preceding density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations. In this paper, we successfully synthesized the chromophore containing multi-acceptor push-pull system from triphenylamine with thiophene moieties as a bridge unit. Organic dyes with a single electron acceptor and double acceptor system were also synthesized for comparison purposes. The photovoltaic performances of these dyes were compared, and the recombination dark current curves and the incident photon-to-current (IPCE) efficiencies were also measured in order to characterize the effects of the multi-anchoring groups on the open-circuit voltage and the short-circuit current. In order to match specifications required for practical applications to be implemented outdoors, light soaking and thermal stability tests of these DSSCs, performed under $100mWcm^{-2}$ and $60^{\circ}C$ for 1000h.
Eom, So Young;Lee, Yu Ran;Kim, Hong Lae;Kwon, Chan Ho
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.3
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pp.875-880
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2014
Adsorption of 4,4'-bis(mercaptomethyl)biphenyl (44BMBP) on silver nanoparticles has been investigated by surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. In addition, the Raman spectra of 44BMBP in solid state and in basic condition have been obtained for comparative study to elicit the characteristics of adsorption. The observed Raman and SERS spectra were analyzed comparing with the normal modes and vibrational frequencies from density functional theory (DFT) calculations performed for the feasible structures of 44BMBP molecule. On the basis of excellent agreement between the calculated and the experimental results, the molecule is found to have both the cis- and trans-forms for the mercaptomethyl groups in the solid state as well as in the basic condition. In contrast, the molecule is found to be chemisorbed on the silver surface by forming two Ag-S linkages only in the cis-form but not in the trans-form due to the steric interruption, which indicates the parallel orientation of molecules on the surface. Particularly, the spectral features in the SERS spectra such as the absence of the C-H stretching band and enhancement for the out-of-plane skeletal modes are confirmatory for the parallel geometry through ${\pi}$ interaction between the phenyl rings and the metal surface, based on the electromagnetic surface selection rule.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.158-158
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2012
A new kind of organic-inorganic hybrid polymer, poly(tetraphenyl)silole siloxane (PSS), was invented and synthesized for realization of its unique charge trap properties. The organic portions consisting of (tetraphenyl)silole rings are responsible for electron trapping owing to their low-lying LUMO, while the Si-O-Si inorganic linkages of high HOMO-LUMO gap provide the intrachain energy barrier for controlling electron transport. Such an alternation of the organic and inorganic moieties in a polymer may give an interesting quantum well electronic structure in a molecule. The PSS thin film was fabricated by spin-coating of the PSS solution in THF organic solvent onto Si-wafer substrates and curing. The electron trapping of the PSS thin films was confirmed by the capacitance-voltage (C-V) measurements performed within the metal-insulator-semiconductor (MIS) device structure. And the quantum well electronic structure of the PSS thin film, which was thought to be the origin of the electron trapping, was investigated by a combination of theoretical and experimental methods: density functional theory (DFT) calculations in Gaussian03 package and spectroscopic techniques such as near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS) and photoemission spectroscopy (PES). The electron trapping properties of the PSS thin film of quantum well structure are closely related to intra- and inter-polymer chain electron transports. Among them, the intra-chain electron transport was theoretically studied using the Atomistix Toolkit (ATK) software based on the non-equilibrium Green's function (NEGF) method in conjunction with the DFT.
A computational study of the reactions between Zn-containing species, the products of the thermal decomposition of diethylzinc (DEZn) and water was investigated. The Zn-containing species – $C_2H_5)_2,\;HZnC_2H_5,\;and\;(ZnC_2H_5)_2$ – were assumed to react with water during ZnO metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Density functional theory (DFT) calculations at the level of B3LYP/6-311G(d) were employed for the geometry optimization and thermodynamic property evaluation. As a result dihydroxozinc, $Zn(OH)_2$, was the most probable reaction product common for all three Zn-containing species. A further clustering of $Zn(OH)_2$ was investigated to understand the initial stage of ZnO film deposition. In experiments, the reactions of DEZn and water were examined by in-situ Raman scattering in a specially designed MOCVD reactor. Although direct evidence of $Zn(OH)_2$ was not observed, some relevant reaction intermediates were successfully detected to support the validity of the gas phase reaction pathways proposed in the computational study.
A new hydrazone derivative compound has been synthesized and characterized by IR, $^1H$-NMR, $^{13}C$-NMR and UV-vis. spectroscopy techniques, elemental analysis and single-crystal X-ray diffraction (XRD). The new compound crystallizes in monoclinic space group C2/c. In addition to the crystal structure from X-ray experiment, the molecular geometry, vibrational frequencies and frontier molecular orbitals analysis of the title compound in the ground state have been calculated by using the HF/6-31G(d, p), B3LYP/6-311G(d, p) and B3LYP/6-31G(d, p) methods. The computed vibrational frequencies are used to determine the types of molecular motions associated with each of the observed experimental bands. To determine conformational flexibility, molecular energy profile of (1) was obtained by semi-empirical (AM1) calculation with respect to a selected degree of torsional freedom, which was varied from $-180^{\circ}$ to $+180^{\circ}$ in steps of $10^{\circ}$. Molecular electrostatic potential of the compound was also performed by the theoretical method.
We used the hybrid density-functional (B3LYP/6-31G(d,p)) method to analyze the substitution patterns of $C_{20}H_{18}X_2$ derivatives (X = F, Cl, Br, or OH) obtained as disubstituted $C_{20}H_{20}$ cages. Our results suggest that the cis-1 regioisomers (1,2-dihalo derivatives) are less stable than the trans-1 regioisomers (1,20-dihalo derivatives), whereas in the case of the dihydroxy derivatives, the cis-1 regioisomer is more stable than the trans-1 regioisomer. This implies that in the dihalo-induced strain cages of $C_{20}H_{18}X_2$, the strain effect would affect the relative energies, while in the dihydroxide, the hydrogen bonds have a stronger effect on the relative energies in cis-1 regioisomer than the strain effect do. Thus this supports the experimental result in which the bisvicinal tetrol was of particular preparative-synthetic interest as a substitute for the lacking bisvicinal tetrabromide. Further, the topologies of the HOMO and LUMO characteristics of all $C_{20}H_{18}Cl_2$ and $C_{20}H_{18}Br_2$ regioisomers with the same symmetry are same, but they are different from those of $C_{20}H_{18}F_2$ and $C_{20}H_{18}(OH)_2$. This indicates that the five regioisomers of each $C_{20}H_{20}$ disubstituted derivative will have an entirely different set of characteristic chemical reactions.
Density functional theory calculations are applied to investigate the intramolecular proton transfer in the tautomers of thymine radical cation and its hydrated complexes with one water molecule. The optimized structures and energies for 6 tautomers and 6 transition states of thymine radical cation are calculated at the B3LYP/6-311++G(d,p) level. It is predicted that the order of relative stability for the keto and enol tautomers of thymine radical cation is the same with that of the neutral thymine tautomers, though the enol tautomers are more stabilized with respect to the di-keto form in the radical cation than in the neutral state. A new channel of proton transfer from >C5-$CH_{3}$ of thymine is found to open and have the lowest energy barrier of other proton transfer processes in thymine radical cation. The roles of hydration are also investigated with thymine-water 1 : 1 complex ions. The presence of water significantly lowers the barrier of the proton transfer, which clearly shows the assisting role of hydration even with one water molecule
The detailed mechanisms of the efficient $\small{L}$-proline and pyrrolidine catalyzed transamidation of acetamide with benzylamine have been investigated using density functional theory (DFT) calculations. Our calculated results show: (1) the mechanisms of two catalytic cycle reactions are similar. However, the rate-determining steps of their reactions are different for the whole catalytic process. One is the intramolecular nucleophilic addition reaction of 1-COM, the other is hydrolysis reaction of 2-C. (2) COOH group of $\small{L}$-proline is essential for efficient transamidation. The computational results are in good agreement with the experiment finding and mechanism resported by Rao et al. for $\small{L}$-proline-catalyzed synthesis of amidesin good to excellent yields.
Kim, Byoung-Il;Hong, Keun-Pyo;Hwang, Jin-Yong;Chang, Tae-Gyu
Proceedings of the IEEK Conference
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2005.11a
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pp.497-500
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2005
This paper presents a design of a hybrid sensor chip which integrates an A/D converter module and a phase measurement module for measuring power line phase. Recursive sliding DFT based phase measurement module is designed using time shared multiplier which can reduce the size of SoC implementation. A/D converter is based on the sigma delta modulation in order to minimize the implementation space of the analog part and designed to obtain 8-bit resolution. Computer simulations and FPGA implementation are performed to verify hybrid sensor chip design. The hybrid sensor chip for 4-channel power line phase measurement is fabricated by using 0.35 micrometer CMOS process.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2004.04a
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pp.466-469
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2004
In this paper, real-time voice change method using pitch change technique is proposed to change one's voice to the other voice. For this purpose, sampling rate change method using DFT (Discrete Fourier Transform) method and time scale modification method using SOLA (Synchronized Overlap and Add) method is combined to change pitch. In order to evaluate the performance of the proposed method, voice transformation experiments were conducted. Experimental results showed that original speech signal is changed to the other speech signal in which original speaker's identity is difficult to find. The system is implemented using TI TMS320C6711DSK board to verify the system runs in real time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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