An accurate cost effective DFT approach to study the sensing behaviour of polypyrrole towards nitrate ions in gas and aqueous phases

文献情報

出版日 2016-06-17
DOI 10.1039/C6CP02271E
インパクトファクター 3.676
著者

Fatima Wasim, Tariq Mahmood, Khurshid Ayub


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要旨

Density functional theory (DFT) calculations have been performed to study the response of polypyrrole towards nitrate ions in gas and aqueous phases. First, an accurate estimate of interaction energies is obtained by methods calibrated against the gold standard CCSD(T) method. Then, a number of low cost DFT methods are also evaluated for their ability to accurately estimate the binding energies of polymer–nitrate complexes. The low cost methods evaluated here include dispersion corrected potential (DCP), Grimme's D3 correction, counterpoise correction of the B3LYP method, and Minnesota functionals (M05-2X). The interaction energies calculated using the counterpoise (CP) correction and DCP methods at the B3LYP level are in better agreement with the interaction energies calculated using the calibrated methods. The interaction energies of an infinite polymer (polypyrrole) with nitrate ions are calculated by a variety of low cost methods in order to find the associated errors. The electronic and spectroscopic properties of polypyrrole oligomers nPy (where n = 1–9) and nPy–NO3− complexes are calculated, and then extrapolated for an infinite polymer through a second degree polynomial fit. Charge analysis, frontier molecular orbital (FMO) analysis and density of state studies also reveal the sensing ability of polypyrrole towards nitrate ions. Interaction energies, charge analysis and density of states analyses illustrate that the response of polypyrrole towards nitrate ions is considerably reduced in the aqueous medium (compared to the gas phase).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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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