Влияние энергии реорганизации среды и ее динамических свойств на колебательный спектральный эффект в кинетике фотоиндуцированного переноса электрона
Автор: Барыков Вадим Юрьевич, Ткачева Алена Витальевна, Иванов Анатолий Иванович
Журнал: Математическая физика и компьютерное моделирование @mpcm-jvolsu
Рубрика: Физика
Статья в выпуске: 2 (33), 2016 года.
Бесплатный доступ
В работе исследована кинетика фотоиндуцированного переноса заряда в молекулярных донорно-акцепторных диадах. Расчеты выполнены в рамках многоканальной стохастической модели. Модель включает реорганизацию среды, характеризующуюся двумя временами релаксации, реорганизацию внутримолекулярной высокочастотной колебательной моды, а также ее релаксацию. Предполагается, что одна колебательная мода активна на стадии возбуждения молекулы и на стадии переноса заряда, и на обоих переходах характеризуется одинаковым значением параметра Хуанга-Рис. Исследовано влияние несущей частоты возбуждающего импульса, приводящей к заселению различных колебательных подуровней локально-возбужденного состояния, на скорость переноса заряда. Для количественного описания этого влияния используется понятие колебательного спектрального эффекта. Показано, что вариация динамических свойств растворителя может значительно менять величину спектрального эффекта, оставляя его знак неизменным. Рост энергии реорганизации растворителя ведет к сдвигу областей положительного и отрицательного эффекта в сторону большей экзергоничности реакции переноса заряда на величину изменения энергии реорганизации. При фиксированной экзергоничности реакции вариация энергии реорганизации среды ведет к сильному изменению эффекта. При изменении энергии реорганизации растворителя на 0,4 эВ колебательный спектральный эффект может изменяться от своего минимального до максимального значения. Эта закономерность позволяет управлять скоростью переноса заряда путем вариации полярности растворителя, от которой сильно зависит величина его энергии реорганизации.
Колебательная релаксация, донорно-акцепторные пары, возбужденные состояния высокочастотной колебательной моды, колебательный спектральный эффект, параметр хуанга-рис
Короткий адрес: https://sciup.org/14969015
IDR: 14969015 | DOI: 10.15688/jvolsu1.2016.2.8
Список литературы Влияние энергии реорганизации среды и ее динамических свойств на колебательный спектральный эффект в кинетике фотоиндуцированного переноса электрона
- Барыков, В. Ю. Возбужденные состояния высокочастотных колебательных мод и кинетика сверхбыстрого фотоиндуцированного переноса электрона/В. Ю. Барыков, А. И. Иванов//Журнал физической химии. -2016. -Т. 90. -С. 300-307.
- Иванов, А. И. Ускорение рекомбинации фотовозбужденных донорно-акцепторных комплексов высокочастотной колебательной модой/А. И. Иванов, В. Н. Ионкин, С. В. Феськов//Журнал физической химии. -2008. -Т. 2 (82). -С. 374.
- Управление элементарными химическими реакциями c помощью фемтосекундных импульсов света/О. М. Саркисов, А. Н. Петрухин, Ф. Е. Гостев, А. А. Титов//Квантовая электроника. -2001. -Т. 31. -С. 483.
- Akesson, E. Dynamic Solvent Effects on Electron Transfer Rates in the Inverted Regime: Ultrafast Studies on the Betaines/E. Akesson, G. C. Walker, R. F. Barbara//J. Chem. Phys. -1991. -Vol. 95. -P. 4188.
- Barykov, V. Yu. Effect of Excitation Pulse Carrier Frequency on Ultrafast Photoinduced Charge Transfer Kinetics: Effect of Intramolecular High Frequency Vibrational Mode Excitation/V. Yu. Barykov, V. N. Ionkin, A. I. Ivanov//J. Phys. Chem. -2015. -Vol. 119. -P. 2989-2995.
- Contact and Solvent-Separated Geminate Radical Ion Pairs in Electron-Transfer Photochemistry/I. R. Gould, R. H. Young, R. E. Moody, S. Farid//J. Phys. Chem. -1991. -Vol. 95. -P. 2068.
- Effect of the Excitation Pulse Carrier Frequency on the Ultrafast Charge Recombination Dynamics of Donor-Acceptor Complexes: Stochastic Simulations and Experiments/R. G. Fedunov, S. V. Feskov, A. I. Ivanov //J. Chem. Phys. -2004. -Vol. 121. -P. 3643.
- Effect of the Excitation Wavelength on the Ultrafast Charge Recombination Dynamics of Donor -Acceptor Complexes in Polar Solvents/O. Nicolet, N. Banerji, S. Pages, E. Vauthey//J. Phys. Chem. A. -2005. -Vol. 109. -P. 8236.
- Electron Transfer from the Singlet and Triplet Excited States of Ru(dcbpy)2(NCS)2 into Nanocrystalline TiO/J. Kallioinen, G. Benko, V. Sundstrom, J. E. I. Korppi-Tommola, A. P. Yartsev//J. Phys. Chem. B. -2002. -Vol. 106. -P. 4396.
- Energy Gap and Temperature Dependence of Photoinduced Electron Transfer in Porphyrin-Quinone Cyclophanes/H. Heitele, F. Pollinger, T. Haberle //J. Phys. Chem. -1994. -Vol. 98. -P. 7402.
- Experimental Fingerprints of Vibrational Wave-Packet Motion during Ultrafast Heterogeneous Electron Transfer/C. Zimmermann, F. Willig, S. Ramakrishna, B. Burfeindt, B. Pettinger, R. Eichberger, W. Storck//J. Phys. Chem. B. -2001. -Vol. 105. -P. 9245.
- Femtosecond Solvation Dynamics in Acetonitrile: Observation of the Inertial Contribution to the Solvent Response/S. J. Rosenthal, X. Xie, M. Du, G. R. Fleming//J. Chem. Phys. -1991. -Vol. 95. -P. 4715.
- Feskov, S.V. Effect of High-Frequency Modes and Hot Transitions on Free Energy Gap Dependence of Charge Recombination/S. V. Feskov, V. N. Ionkin, A. I. Ivanov//J. Phys. Chem. A. -2006. -Vol. 110. -P. 11919.
- Gumy, J. C. Investigation of the Solvation Dynamics of an Organic Dye in Polar Solvents Using the Femtosecond Transient Grating Technique/J. C. Gumy, O. Nicolet, E. Vauthey//J. Phys. Chem. A. -1999. -Vol. 103. -P. 10737.
- Jimenez, R. Femtosecond Solvation Dynamics of Water/R. Jimenez, G. R. Fleming, P. V. Kumar, M. Maroncelli//Nature. -1994. -Vol. 369. -P. 471.
- Kandori, H. Subpicosecond Transient Absorption Study of Intermolecular Electron Transfer between Solute and Electron-Donating Solvents/H. Kandori, K. Kemnitz, K. Yoshihara//J. Phys. Chem. -1992. -Vol. 96. -P. 8042.
- Kang, Y. K. Temperature-Dependent Mechanistic Transition for Photoinduced Electron Transfer Modulated by Excited-State Vibrational Relaxation Dynamics/Y. K. Kang, T. V. Duncan, M. J. Therien//J. Phys. Chem. B. -2007. -Vol. 111. -P. 6829.
- Kichigina, A. O. U-Shaped Temperature Dependence of Rate Constant of Intramolecular Photoinduced Charge Separation in Zinc Porphyrin Bridge Quinone Compounds/A. O. Kichigina, V. N. Ionkin, A. I. Ivanov//J. Phys. Chem. -2013. -Vol. 117. -P. 7426.
- Lenzmann, F. Surface Photovoltage Spectroscopy of Dye-Sensitized Solar Cells with TiO, Nb O, and 2 2 5
- SrTiO Nanocrystalline Photoanodes: Indication for Electron Injection from Higher Excited Dye States/F. Lenzmann, J. Krueger, S. Burnside//J. Phys. Chem. B. -2001. -Vol. 105. -P. 6347.
- Maroncelli, M. Simple Interpretation of Polar Solvation Dynamics/M. Maroncelli, V. P. Kumar, A. A. Papazyan//J. Phys. Chem. -1993. -Vol. 97. -P. 13.
- Petersson, J. Ultrafast Electron Transfer Dynamics in a Series of Porphyrin/Viologen Complexes: Involvement of Electronically Excited Radical Pair Products/J. Petersson, L. Hammarsrtrцm//J. Phys. Chem. B. -2015. -Vol. 119. -P. 7531-7540.
- Seel, M. Wavepacket Motion and Ultrafast Electron Transfer in the System Oxazine 1 in N,N-dimethylaniline/M. Seel, S. Engleitner, W. Zinth//Chem. Phys. Lett. -1997. -Vol. 275. -P. 363.
- Shaw, L. E. The photochemistry of Mo(CNPh)6: Dissociative Photosubstitution and Evidence for Hot Electron Transfer/L. E. Shaw, C. H. Langford//Coord. Chem. Rev. -2002. -Vol. 230. -P. 165.
- Solvent and Spectral Effects in the Ultrafast Charge Recombination Dynamics of Excited Donor-Acceptor Complexes/S. V. Feskov, V. N. Ionkin, A. I. Ivanov //J. Phys. Chem. A. -2008. -Vol. 112. -P. 594.
- Subpicosecond Measurements of Polar Solvation Dynamics Coumarin 153 Revisited/M. L. Horng, J. A. Gardecki, A. Papazyan, M. Maroncelli//J. Phys. Chem. -1995. -Vol. 99. -P. 17311.
- The Effect of Excitation Pulse Carrier Frequency on Ultrafast Charge Recombination Dynamics of Excited Donor-Acceptor Complexes/A. I. Ivanov, F. N. Belikeev, R. G. Fedunov, E. Vauthey//Chem. Phys. Lett. -2003. -Vol. 372. -P. 73.
- Ultrafast Unequilibrated Charge Transfer: A New Channel in the Quenching of Fluorescent Biological Probes/C. Wan, T. Xia, H. C. Becker, A. H. Zewail//Chem. Phys. Lett. -2005. -Vol. 412. -P. 158.
- Yakobson, B. I. Relaxation Hindrance in Nonadiabatic Cage Reactions/B. I. Yakobson, A. I. Burshtein//Chem. Phys. -1980. -Vol. 49. -P. 385.
- Yudanov, V. V. Nonequilibrium phenomena in charge recombination of excited donor-acceptor complexes and free energy gap law/V. V. Yudanov, V. A. Mikhailova, A. I. Ivanov//J. Phys. Chem. A. -2010. -Vol. 114. -P. 12998-13004.
- Yudanov, V. V. Reorganization of Intramolecular High Frequency Vibrational Modes and Dynamic Solvent Effect in Electron Transfer Reactions/V. V. Yudanov, V. A. Mikhailova, A. I. Ivanov//J. Phys. Chem. A. -2012. -Vol. 116. -P. 4010-4019.
- Zusman, L. D. Outer-sphere electron transfer in polar solvents/L. D. Zusman//Chem. Phys. -1980. -Vol. 49. -P. 295-304.
