Ultrafast Photoluminescence Dynamics of Organic Photosensitizers with Conjugated Linkers Containing Different Heteroatoms

Jiao LIU Jicun HUO Min ZHANG Xiandui DONG

Citation:  LIU Jiao, HUO Jicun, ZHANG Min, DONG Xiandui. Ultrafast Photoluminescence Dynamics of Organic Photosensitizers with Conjugated Linkers Containing Different Heteroatoms[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2018, 34(4): 424-436. doi: 10.3866/PKU.WHXB201709082 shu

含不同杂原子共轭单元的有机光敏染料的超快发光动力学

    通讯作者: 张敏, zm2016@email.tjut.edu.cn
    董献堆, dxd@ciac.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51473158

    国家自然科学基金 91233206

    国家自然科学基金(51473158, 91233206)资助项目

摘要: 系统研究了含有不同杂原子的共轭单元(联呋喃、联噻吩及联硒酚)的三种有机染料C210、C214和C216的超快发光动力学,双己氧基取代的三苯胺作为电子给体,氰基丙烯酸作为电子受体。详细考察了三种染料分别在不同媒介中的激发态动力学:四氢呋喃及甲苯溶液、聚甲基丙烯酸甲酯及聚苯乙烯聚合物薄膜、氧化铝及二氧化钛薄膜表面。发现在以上介质中都普遍存在动态斯托克斯位移现象,表明发生了非平衡激发态的分子内多步弛豫过程。由于扭转弛豫和电子注入过程之间的竞争作用,非平衡激发态的电子注入产率比平衡激发态的低得多。此外,由于激发态能量弛豫导致的能量损失,电子注入时间常数变化超过了一个数量级,这在未来的染料设计及器件发展中应进行控制。三种染料在平衡激发态处的电子注入效率相近,由于C210和C216加快的电子注入速率补足了它们较C214小的平衡激发态寿命。

English

    1. [1]

      O'Regan, B. C.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737. doi: 10.1038/353737a0

    2. [2]

      Mishra, A.; Fischer, M. K. R.; Bäuerle, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2474. doi: 10.1002/anie.200804709

    3. [3]

      Imahori, H.; Umeyama, T.; Ito, S. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1809. doi: 10.1021/ar900034t

    4. [4]

      Clifford, J. N.; Martínez-Ferrero, E.; Viterisi, A.; Palomares, E. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 1635. doi: 10.1039/B920664G

    5. [5]

      Wonneberger, C.; Li, H. Adv. Mater. 2012, 24, 613. doi: 10.1002/adma.201104447

    6. [6]

      Wu, Y.; Zhu, W. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2039. doi: 10.1039/C2CS35346F

    7. [7]

      Liang, M.; Chen, J. Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 3453. doi: 10.1039/C3CS35372A

    8. [8]

      Lin, Y. Z.; Huang, C. H.; Chang, Y. J.; Yeh, C. W.; Chin, T. M.; Chi, K. M.; Chou, P. T.; Watanabe, M.; Chow, T. J. Tetrahedron 2014, 70, 262. doi: 10.1016/j.tet.2013.11.072

    9. [9]

      Li, H.; Yang, Y.; Hou, Y.; Tang, R.; Duan, T.; Chen, J.; Wang, H.; Han, H.; Peng, T.; Chen, X.; Li, Q.; Li, Z. ACS Sustainable Chem. Eng. 2014, 2, 1776. doi: 10.1021/sc500234a

    10. [10]

      Kakiage, K.; Aoyama, Y.; Yano, T.; Oya, K.; Fujisawa, J. I.; Hanaya, M. Chem. Commun. 2015, 51, 15894. doi: 10.1039/C5CC06759F

    11. [11]

      Yao, Z.; Zhang, M.; Li, R.; Yang, L.; Qiao, Y.; Wang, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 127, 6092. doi: 10.1002/ange.201501195

    12. [12]

      Yao, Z.; Wu, H.; Li, Y.; Wang, J.; Zhang, J.; Zhang, M.; Guo, Y.; Wang, P. Energy Environ. Sci. 2015, 8, 3192. doi: 10.1039/C5EE02822A

    13. [13]

      Yao, Z.; Zhang, M.; Wu, H.; Yang, L.; Li, R.; Wang, P. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3799. doi: 10.1021/jacs.5b01537

    14. [14]

      Li, H.; Fang, M.; Xu, T.; Hou, Y.; Tang, R.; Chen, J.; Liu, L.; Han, H.; Peng, T.; Li, Q.; Li, Z. Org. Chem. Front. 2016, 3, 233. doi: 10.1039/C5QO00377F

    15. [15]

      杨林, 李阳, 陈淑, 张静, 张敏, 王鹏.物理化学学报, 2016, 32, 329. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511031Yang, L.; Li, Y.; Chen, S.; Zhang, J.; Zhang, M.; Wang, P. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 329. doi: 10.3866/PKU.WHXB201511031

    16. [16]

      翁小龙, 王艳, 贾春阳, 万中全, 陈喜明, 姚小军.物理化学学报, 2016, 32, 1990. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605031Weng, X. L.; Wang, Y.; Jia, C. Y.; Wan, Z. Q.; Chen, X. M.; Yao, X. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1990. doi: 10.3866/PKU.WHXB201605031

    17. [17]

      肖岸, 卢辉, 赵阳, 骆耿耿.物理化学学报, 2016, 32, 2968. doi: 10.3866/PKU.WHXB201609194Xiao, A.; Lu, H.; Zhao, Y.; Luo, G. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 2968. doi: 10.3866/PKU.WHXB201609194

    18. [18]

      李重杲, 卢天, 高恒, 张庆, 李敏杰, 任伟, 陆文聪.物理化学学报, 2017, 33, 1789. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705082Li, Z. G.; Lu, T.; Gao, H.; Zhang, Q.; Li, M. J.; Ren, W.; Lu, W. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 1789. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705082

    19. [19]

      Ren, Y.; Liu, J.; Zheng, A.; Dong, X.; Wang, P. Adv. Sci. 2017, 1700099. doi: 10.1002/advs.201700099

    20. [20]

      Rehm, J. M.; McLendon, G. L.; Nagasawa, Y.; Yoshihara, K.; Moser, J.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 9577. doi: 10.1021/jp960155m

    21. [21]

      Tachibana, Y.; Rubtsov, I. V.; Montanari, I.; Yoshihara, K.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Photoch. Photobio. A 2001, 142, 215. doi: 10.1016/S1010-6030(01)00516-0

    22. [22]

      Luo, L.; Lo, C. F.; Lin, C. Y.; Chang, I. J.; Diau, W. G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 410. doi: 10.1021/jp055365q

    23. [23]

      Martín, C.; Ziółek, M.; Marchena, M.; Douhal, A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23183. doi: 10.1021/jp203489u

    24. [24]

      Adamo, C.; Jacquemin, D. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 845. doi: 10.1039/C2CS35394F

    25. [25]

      Fakis, M.; Hrobárik, P.; Yushchenko, O.; Sigmundová, I.; Koch, M.; Rosspeintner, A.; Stathatos, E.; Vauthey, E. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 28509. doi: 10.1021/jp509971q

    26. [26]

      Ai, X.; Guo, J.; Anderson, N. A.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12795. doi: 10.1021/jp0483977

    27. [27]

      Fakis, M.; Stathatos, E.; Tsigaridas, G.; Giannetas, V.; Persephonis, P. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13429. doi: 10.1021/jp201143n

    28. [28]

      Yang, L.; Chen, S.; Zhang, J.; Wang, J.; Zhang, M.; Dong, X.; Wang, P. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 3514. doi: 10.1039/C6TA10506H

    29. [29]

      Li, Y.; Wang, J.; Yuan, Y.; Zhang, M.; Dong, X.; Wang, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 2549. doi: 10.1039/C6CP07916D.

    30. [30]

      Chen, S.; Yang, L.; Zhang, J.; Yuan, Y.; Dong, X.; Wang, P. ACS Photonics 2017, 4, 165. doi: 10.1021/acsphotonics.6b00772

    31. [31]

      Li, R.; Zhang, M.; Yan, C.; Yao, Z.; Zhang, J.; Wang, P. ChemSusChem 2015, 8, 97. doi: 10.1002/cssc.201402806

    32. [32]

      Yang, L.; Yao, Z.; Liu, J.; Wang, J.; Wang, P. ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 9839. doi: 10.1021/acsami.6b02075

    33. [33]

      Shank, C. V. Science 1986, 233, 1276. doi: 10.1126/Science.233.4770.1276

    34. [34]

      Fleming, G. R.; van Grondelle, R. Current opinion in structural biology: Femtosecond spectroscopy of photosynthetic lightharvesting systems; Elsevier: Holland, 1997; Vol. 7, pp. 738–748.

    35. [35]

      McCamant, D. W.; Kukura, P.; Mathies, R. A. J. Phys. Chem. A2003, 107, 8208. doi: 10.1021/jp030147n

    36. [36]

      Trotzky, S.; Hoyer, T.; Tuszynski, W.; Lienau, C.; Parisi, J. J. Phys. D: Appl. Phys. 2009, 42, 055105. doi: 10.1088/0022-3727/42/5/055105

    37. [37]

      Li, R.; Lv, X.; Shi, D.; Zhou, D.; Cheng, Y.; Zhang, G.; Wang, P. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 7469. doi: 10.1021/jp900972v

    38. [38]

      Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Comte, P.; Charvet, R.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14336. doi: 10.1021/jp0365965

    39. [39]

      Liu, J.; Li, R.; Si, X.; Zhou, D.; Shi, Y.; Wang, Y.; Jing, X.; Wang, P. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1924. doi: 10.1021/jp0365965

    40. [40]

      Cai, N.; Wang, Y.; Xu, M.; Fan, Y.; Li, R.; Zhang, M.; Wang, P. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 1846. doi: 10.1002/adfm.201202562

    41. [41]

      Zhang, J.; Yao, Z.; Cai, N.; Yang, L.; Xu, M.; Li, R.; Zhang, M.; Dong, X.; Wang, P. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1604. doi: 10.1039/C3EE40375K

    42. [42]

      Snellenburg, J. J.; Laptenok, S. P.; Seger, R.; Mullen, K. M.; van Stokkum, I. H. M.; J. Stat. Softw. 2012, 49, 1. doi: 10.18637/jss.v049.i03

    43. [43]

      Lanzani G., Nisoli M., De Silvestri S., Tubino R.. Chemical Physics Letters: Femtosecond vibrational and torsional energy redistribution in photoexcited oligothiophenes[J]. Elsevier: Holland, 1996, Vol. 251:  pp. 339-345.

    44. [44]

      Glasbeek, M.; Zhang, H. Chem. Rev. 2004, 104, 1929. doi: 10.1021/cr0206723

    45. [45]

      Amdursky, N.; Erez, Y.; Huppert, D. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 1548. doi: 10.1021/ar300053p

    46. [46]

      Nelson, T.; Fernandez-Alberti, S.; Roitberg, A. E.; Tretiak, S. Acc. Chem. Res. 2014, 47, 1155. doi: 10.1021/ar400263p

    47. [47]

      Oliver, T. A. A.; Lewis, N. H. C.; Fleming, G. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2014, 111, 10061. doi: 10.1073/pnas.1409207111

    48. [48]

      Klymchenko, A. S.; Demchenko, A. R. Methods in Enzymology: Chapter 3 Multiparametric Probing of Microenvironment with Solvatochromic Fluorescent Dyes; Elsevier: Holland, 2008; Vol. 450, pp. 37–58.

    49. [49]

      Shemesh, D.; Sobolewski, A. L.; Domcke, W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 4899. doi: 10.1039/B927024H

    50. [50]

      Qian, J.; Brouwer, A. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12562. doi: 10.1039/C003419C

    51. [51]

      O'Regan, B. C.; Durrant, J. R. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1799. doi: 10.1021/ar900145z

    52. [52]

      Fabregat-Santiago, F.; Garcia-Belmonte, G.; Mora-Séro, I.; Bisquert, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 9083. doi: 10.1039/C0CP02249G

    53. [53]

      Bisquert, J. ChemPhysChem 2011, 12, 1633. doi: 10.1002/cphc.201100248

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  7
  • 文章访问数:  412
  • HTML全文浏览量:  17
文章相关
  • 发布日期:  2018-04-15
  • 收稿日期:  2017-08-15
  • 接受日期:  2017-09-04
  • 修回日期:  2017-09-04
  • 网络出版日期:  2017-04-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章