Calculation of absorption and emission spectra of [n]cycloparaphenylenes: the reason for the large Stokes shift

文献情報

出版日 2010-01-28
DOI 10.1039/B922175A
インパクトファクター 3.676
著者

Dage Sundholm, Stefan Taubert, Fabio Pichierri


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要旨

The electronic absorption and emission spectra of the [n]cycloparaphenylenes with n = 6,7,…,11 ([n]CP) have been studied at the time-dependent density functional theory level. The calculations show that the optical gap increases with increasing size of the ring due to reduced ring strain in the larger carbon nanohoops, whereas the energy of the first bright state follows the opposite trend for the studied [n]CPs. For the excited-state structures, the C–C bonds between the phenylene groups have a significant double-bond character giving rise to a continuous electron delocalisation pathway around the ring. The torsion angles between the phenylene moieties are much smaller for the excited state than for the ground state suggesting that the excited state has a stronger electron delocalisation around the carbon nanohoop than for the ground state. The double bond character of the phenylene C–C bonds declines and the phenylene torsion angle increases with increasing ring size. The aromatic stabilisation of the excited state due to the continuous electron delocalisation pathway is probably the main reason for the large Stokes shift. The excited state of the larger [n]CPs are less aromatic than the smaller ones explaining why the Stokes shift decreases with increasing size of the ring. For large [n]CPs, the excitation-energy spectrum forms bands making localisation of the excitons feasible. Localisation of the excitons probably leads to the observed ring-size independence of the electronic excitation spectra for large [n]CPs.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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