Electronic couplings for molecular charge transfer: benchmarking CDFT, FODFT and FODFTB against high-level ab initio calculations. II

文献情報

出版日 2014-12-22
DOI 10.1039/C4CP04749D
インパクトファクター 3.676
著者

Adam Kubas, Fruzsina Gajdos, Harald Oberhofer, Jochen Blumberger


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要旨

A new database (HAB7-) of electronic coupling matrix elements (Hab) for electron transfer in seven medium-sized negatively charged π-conjugated organic dimers is introduced. Reference data are obtained with spin-component scaled approximate coupled cluster method (SCS-CC2) and large basis sets. Assessed DFT-based approaches include constrained density functional theory (CDFT), fragment-orbital DFT (FODFT), self-consistent charge density functional tight-binding (FODFTB) and the recently described analytic overlap method (AOM). This complements the previously reported HAB11 database where only cationic dimers were considered. The CDFT method in combination with a functional based on PBE and including 50% of exact exchange (HFX) was found to provide best estimates, with a mean relative unsigned error (MRUE) of 8.2%. CDFT couplings systematically increase with decreasing fraction of HFX as a consequence of increasing delocalisation of the SOMO orbital. The FODFT method is found to be very robust underestimating electronic couplings by 28%. The FODFTB and AOM methods, although orders of magnitude more efficient in terms of computational effort than the DFT approaches, perform well with reasonably small errors of 54% and 29%, respectively, translating in errors in the non-adiabatic electron transfer rate of a factor of 2.4 and 1.7, respectively. We discuss carefully various sources of errors and the scope and limitations of all assessed methods taking into account the results obtained for both HAB7- and HAB11 databases.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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