Benchmarking Semiempirical Methods To Compute Electrochemical Formal Potentials

MNDO公司 分子 密度泛函理论 电化学 化学 计算化学 水准点(测量) 统计物理学 材料科学 化学物理 分子物理学 电极 物理 量子力学 物理化学 大地测量学 地理
作者
Rebecca L. Gieseking,Mark A. Ratner,George C. Schatz
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:122 (33): 6809-6818 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.jpca.8b05143
摘要

Computational methods to predict and tune electrochemical redox potentials are important for the development of energy technologies. Here, we benchmark several semiempirical models to compute reduction potentials of organic molecules, comparing approaches based on (1) energy differences between the S0 and one-electron-reduced D0 states of the isolated molecules and (2) an orbital energy shift approach based on tuning the charge-transfer triplet energy of the Ag20-molecule complex; the second model enables explicit modeling of electrode-molecule interactions. For molecules in solution, the two models yield nearly identical results. Both PM7 and PM6 predict formal potentials with only a slight loss of accuracy compared to standard density functional theory models, and the results are robust across several choices of geometries and implicit solvent models. PM6 and PM7 show dramatically improved accuracy over older semiempirical Hamiltonians (MNDO, AM1, PM3, and INDO/S). However, our recently developed INDO parameters model the electronic properties of our Ag20 model electrode much more accurately than does PM7. These results demonstrate the need for further development of semiempirical models to accurately model molecules on surfaces.
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