染料敏化太阳能电池（DSSC）和染料敏化光电化学电池（DSPEC）是近年来太阳能转换领域的研究热点。为了发挥这些器件的潜力，应该更清楚地了解它们的化学稳定性和效率。由于效率与光诱导电荷分离和电荷复合的关键过程密切相关，分子组分和界面的能级需要最佳的匹配方式。计算研究提供了对这些基本过程的洞察，并提出了设计原则。然而，考虑到系统的复杂性，必须在精度和计算成本之间找到一个很好的折衷方案。莱顿大学和阿姆斯特丹大学的研究人员使用基于密度泛函的紧束缚（DFTB）和扩展的Hückel方法来模拟光诱导电荷分离和电子从有机染料注入TiO2电极。

用SCC-DFTB（ti-org-0-1）分子动力学模拟了完全溶剂化染料敏化光阳极系统（见图），研究了原子核的动力学，以及显式溶剂化对光诱导电子注入过程的影响，研究体系包括不同扩芯萘二酰亚胺（NDI）基染料。为了获得可靠的HOMO和LUMO能量，利用ADF（B3LYP-D3-BJ/DZP，COSMO）对扩展Hückel哈密顿量参数进行了优化。用该方法计算的NDI基染料的氧化还原电位与实验值吻合较好，可用于合成未知物种。

原子核的动力学以及轨迹采样是描述注入过程的关键，而显式溶剂化在分子动力学过程中探索正确的构象空间是非常重要的。

参考文献：Jan Paul Menzel, et al, Photoinduced Electron Injection in a Fully Solvated Dye-Sensitized Photoanode: A Dynamical Semiempirical Study, J. Phys. Chem. C 2020, 124, 51, 27965