Metalloporfirin komplekslerinin H2O ile etkileşim mekanizmalarının nem algılama performansına etkisinin kapsamlı incelenmesi

Abstract

Metalloporfirin kompleksleri, günümüz araştırmalarında görüldüğü üzere algılayıcı uygulamalarında yüksek hassasiyet ve seçicilik göstermektedir. Bu çalışma, benzer bir algılayıcı uygulaması olarak, nem algılama performanslarını değerlendirmek için çalışmaya konu olan metalloporfirin kompleksleri ile su (H2O) molekülleri arasındaki etkileşimlerin teorik bir incelemesini sunmaktadır. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları kullanılarak, bu etkileşimleri hassas bir şekilde modellenmiş ve geometrik yapıları, enerji profilleri ve elektronik özellikleri incelenilerek nem algılama yetenekleri analiz edilmek amaçlanmıştır. Bu çalışmada, literatür bulgularına dayanarak metalloporfirin komplekslerine farklı metal atomları katkılanarak her kompleksin nem algılama duyarlılığını değerlendirmek için optimizasyon çalışması yapılmıştır. Bu komplekslerin (Co- TDCPP ,Fe-TDCPP, Mn- TDCPP, Ni- TDCPP, Zn- TDCPP) adsorpsiyon enerjileri, 2,5 Å mesafeye bir ve birden fazla olacak şekilde su molekülü yerleştirilerek hesaplanmıştır. Böylelikle merkezi metalin bağlanma kuvetini ve elektronik yapıyı nasıl etkilediğini değerlendirilmesine olanak sağlamıştır. Ek olarak, iletken gibi polarize olan süreklilik modeli (CPCM) kullanılarak bu etkileşimler üzerindeki çözücü etkilerini araştırılmış ve solvent olarak su, klorobenzen, asetonitril, metanol ve kloroform dahil olmak üzere çeşitli çözücülerde DFT hesaplamalar gerçekleştirilmiştir. Bu detaylı analiz, metaloporfirin komplekslerinin nem algılama yeteneklerine katkıda bulunan bağlanma etkileşimleri ve elektronik özellikleri hakkındaki anlayışımızı derinleştirmek için birden fazla yöntemi bir araya getirmektedir. Çalışmanın bulguları, nem algılama uygulamalarında gelişmiş performansa yönelik deneysel çalışmalar için kritik bilgiler sunmaktadır.

Metalloporphyrin complexes show high sensitivity and selectivity in sensor applications as seen in today's research. This study presents a theoretical investigation of the interactions between metalloporphyrin complexes and water (H2O) molecules, which are the subjects of the study, in order to evaluate their humidity sensing performance as a similar sensor application. Using density functional theory (DFT) calculations, these interactions were precisely modeled and their geometric structures, energy profiles and electronic properties were examined to analyze their humidity sensing capabilities. In this study, an optimization study was carried out to evaluate the humidity sensing sensitivity of each complex by doping different metal atoms into metalloporphyrin complexes based on literature findings. The adsorption energies of these complexes (Co-TDCPP, Fe-TDCPP, Mn-TDCPP, Ni-TDCPP, Zn-TDCPP) were calculated by placing one and more water molecules at a distance of 2.5 Å. Thus, it was possible to evaluate how the central metal affects the binding strength and electronic structure. Additionally, solvent effects on these interactions were investigated using the conductor-like polarizable continuum model (CPCM) and DFT calculations were performed in a variety of solvents including water, chlorobenzene, acetonitrile, methanol, and chloroform. This detailed analysis combines multiple methods to deepen our understanding of the bonding interactions and electronic properties of metalloporphyrin complexes that contribute to their humidity-sensing capabilities. The findings of the study provide critical information for experimental studies towards improved performance in humidity-sensing applications.