杂化有机-无机 CH3 NH3 PbI3 钙钛矿构件：揭示超强氢键和莫利肯内部配合物及其在材料设计中的意义,Journal of Computational Chemistry

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杂化有机-无机 CH3 NH3 PbI3 钙钛矿构件：揭示超强氢键和莫利肯内部配合物及其在材料设计中的意义
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2017-10-18 , DOI: 10.1002/jcc.25073
Arpita Varadwaj _{1,

2} , Pradeep R. Varadwaj _{1,

2} , Koichi Yamashita _{1,

2}

Affiliation

甲基铵碘化铅 (CH3NH3PbI3) 钙钛矿化合物因其作为光捕获半导体的出色器件性能而在太阳能电池技术的光伏历史上取得了显着突破。尽管在过去 4 年中对该系统在固态下的实验和理论研究进行了大量报道，但其基本的团簇物理学仍有待开发。为此，本研究使用 DFT-M06-2X/ADZP 进行了理论研究，以检查 CH3NH3PbI3 分子构建块的主要几何、电子、拓扑和轨道特性。发现系统中最重要的构象异构体的分子间氢键相互作用异常强烈，结合能介于 -93.53 和 -125 之间。11 kcal mol-1（超出共价极限，-40 kcal mol-1），使我们能够将潜在的相互作用归类为超强类型，因为它们的特性与已经提出的非常强、强、中等的特性不同、弱和范德瓦尔斯。基于此，再加上异常高的电荷转移、强超共轭相互作用、复杂的电荷密度拓扑结构和较短的分子间分离距离，我们将 CH3NH3PbI3 的构象异构体表征为 Mulliken 内部配合物。概述了这些以及超强相互作用在设计新型功能纳米材料方面的后果。© 2017 威利期刊公司。使我们能够将潜在的相互作用归类为超强类型，因为它们的特性与已经提出的非常强、强、中等、弱和范德瓦尔斯不同。基于此，连同异常高的电荷转移、强超共轭相互作用、复杂的电荷密度拓扑结构和短的分子间分离距离，我们将 CH3NH3PbI3 的构象异构体表征为 Mulliken 内部配合物。概述了这些以及超强相互作用在设计新型功能纳米材料方面的后果。© 2017 威利期刊公司。使我们能够将潜在的相互作用归类为超强类型，因为它们的特性与已经提出的非常强、强、中等、弱和范德瓦尔斯不同。基于此，再加上异常高的电荷转移、强超共轭相互作用、复杂的电荷密度拓扑结构和较短的分子间分离距离，我们将 CH3NH3PbI3 的构象异构体表征为 Mulliken 内部配合物。概述了这些以及超强相互作用在设计新型功能纳米材料方面的后果。© 2017 威利期刊公司。强大的超共轭相互作用、复杂的电荷密度拓扑结构和较短的分子间分离距离，我们将 CH3NH3PbI3 的构象异构体表征为 Mulliken 内部配合物。概述了这些以及超强相互作用在设计新型功能纳米材料方面的后果。© 2017 威利期刊公司。强大的超共轭相互作用、复杂的电荷密度拓扑结构和较短的分子间分离距离，我们将 CH3NH3PbI3 的构象异构体表征为 Mulliken 内部配合物。概述了这些以及超强相互作用在设计新型功能纳米材料方面的后果。© 2017 威利期刊公司。

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Hybrid organic-inorganic CH3 NH3 PbI3 perovskite building blocks: Revealing ultra-strong hydrogen bonding and mulliken inner complexes and their implications in materials design

Methylammonium lead iodide (CH3NH3PbI3) perovskite compound has produced a remarkable breakthrough in the photovoltaic history of solar cell technology because of its outstanding device‐based performance as a light‐harvesting semiconductor. Whereas the experimental and theoretical studies of this system in the solid state have been numerously reported in the last 4 years, its fundamental cluster physics is yet to be exploited. To this end, this study has performed theoretical investigations using DFT‐M06‐2X/ADZP to examine the principal geometrical, electronic, topological, and orbital properties of the CH3NH3PbI3 molecular building block. The intermolecular hydrogen bonded interactions examined for the most important conformers of the system are found to be unusually strong, with binding energies lying between −93.53 and −125.11 kcal mol−1 (beyond the covalent limit, −40 kcal mol−1), enabling us to classify the underlying interactions as ultra‐strong type since their characteristic properties are unidentical with those have already been proposed as very strong, strong, moderate, weak, and van der Waals. Based on this, together with the unusually high charge transfers, strong hyperconjugative interactions, sophisticated topologies of the charge density, and short intermolecular distances of separation, we have characterized the conformers of CH3NH3PbI3 as Mulliken inner complexes. The consequences of these, as well as of the ultra‐strong interactions, in designing novel functional nanomaterials are outlined. © 2017 Wiley Periodicals, Inc.

更新日期：2017-10-18

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