Düşük boyutlu titanya kesitlerinde safsızlık modellerinin elektron dinamiği
Electron dynamics of impurity models on low-dimensional titania facets
Yazar: HATİCE ÜNAL
Danışman: PROF. DR. ERSEN METE
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
(101) ve (001) yüzey kesitli ince nanotel formundaki kuazi-bir-boyutlu
anataz titanyum dioksit nanoyapıların elektronik özellikleri ve görünür
fotoabsorpsiyon karakteristikleri standart, hibrit yoğunluk fonksiyoneli ve
kuaziparçacık hesapları kullanılarak incelenmiştir.

Fotovoltaik uygulamalar için dikkat çekici olan Bodipy türevi boya
moleküllerinin optik özellikleri üzerinde, perdelenmiş Coulomb etkileşimini
etkisini çalışabilmek için lineer cevap zamana bağlı yoğunluk fonksiyoneli
perturbasyon teorisi ve tam değiş-tokuş hibrit yoğunluk fonksiyoneli teorisi
hesapları kullanılmıştır. Ayrıca lineer ve lineer olmayan çözünme modellerinin,
boya moleküllerinin elektrokimyasal özellikleri üzerindeki etkileri tartışılmıştır.
Kumarin, C2-1, siyanidin glikozit ve TA-St-CA organik molekülerinin,
anataz (101) ve (001) yüzey kesitli nanoteller üzerindeki adsorpsiyonu standart ve
menzil ayrımlı hibrit yoğunluk fonksiyoneli teorisi hesapları kullanılarak
incelenmiştir. Ayrıca nanoteller üzerindeki boya kromoforlarının bağlanma
karakteristikleri üzerine lineer olmayan çözünme etkileri çalışılmıştır. Bu
fotokromoforlar kullanılarak oluşturulan boya-nanotel kombine sistemlerinin
elektronik yapıları ve optik spektrumları farklı özellikler sergilemiştir. Bu boya
duyarlılaştırıcıları en yüksek dolu ve en düşük dolu olmayan elektronik durumlar
için farklı elektronik yük dağılımları göstermiştir. Elektronik yapılar, bant
kenarlarının pozisyonları ve adsorban ilişkili yasak aralık durumları bakımından
çalışılmış ve bunların boya-nanotel kombine sistemlerin soğurma spektrumları
üzerindeki etkileri ele alınmıştır.

Bu bulgular daha iyi ışık hasatlama ve yük ayrıştırmanın yanısıra
yarıiletken nanotele daha verimli yük taşıyıcı enjeksiyonu sağlama açısından
tartışılmış ve yorumlanmıştır.

Abstract:
The electronic properties and visible photoabsorption characteristics of
quasi-one-dimensional anatase titanium dioxide nanostructures, in the form of thin
nanowires having (101) and (001) facets, have been systematically investigated
using the standard, hybrid density functional and quasiparticle calculations.

In order to study the effect of screening of the Coulomb interaction on the
optical properties of two Bodipy derivatives which are promising for photovoltaic
applications, we have performed linear response time-dependent density
functional perturbation theory and exact exchange hybrid density functional
theory calculations. The effect of linear and non-linear solvation models on the
electrochemical properties of the dyes has also been discussed.

The adsorption of organic molecules coumarin, C2-1, cyanidin glucoside
and TA-St-CA on anatase (101) and (001) nanowires have been investigated using
the standard and the range separated hybrid density functional theory calculations.
Nonlinear solvation effects on the binding characteristics of the dye chromophores
on the nanowire facets have also been examined. The electronic structures and
optical spectra of resulting dye-nanowire combined systems show distinct features
for these types of photochromophores. These dye sensitizers show different
electronic charge distributions for the highest occupied and the lowest unoccupied
electronic states. We studied the electronic structures in terms of the positions of
the band edges and adsorbate related band gap states and their effect on the
absorption spectra of the dye-nanowire combined systems.

These findings were interpreted and discussed from the view point of
better light harvesting and charge separation as well as in relation to more
efficient charge carrier injection into the semiconductor nanowire.