Using molecular vibrations to probe exciton delocalization in films of perylene diimides with ultrafast mid-IR spectroscopy

文献情報

出版日 2017-08-29
DOI 10.1039/C7CP04819J
インパクトファクター 3.676
著者

Eric R. Kennehan, Christopher Grieco, Alyssa N. Brigeman, Adam Rimshaw, Kayla Bisgaier, Noel C. Giebink


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要旨

Ultrafast vibrational spectroscopy in the mid-infrared was used to directly probe the delocalization of excitons in two different perylenediimide (PDI) derivatives that are predicted to preclude the formation of excimers, which can act as trap sites for excited state energy in organic semiconductors. We identified vibrational modes within the conjugated C–C stretch modes of PDI molecules whose frequencies reported the interactions of molecules within delocalized excitonic states. The vibrational linewidths of these modes, which we call intermolecular coordinate coupled (ICC) modes, provided a direct probe of the extent of exciton delocalization among the PDI molecules, which was confirmed using X-ray diffraction and electro-absorption spectroscopy. We show that a slip-stacked geometry among the PDI molecules in their crystals promotes delocalized charge-transfer (CT) excitons, while localized Frenkel excitons tend to form in crystals with helical, columnar stacking geometries. Because all molecules possess vibrational modes, the use of ultrafast mid-infrared spectroscopy to measure ICC vibrational modes offers a new approach to examine exciton delocalization in a variety of small molecule electron acceptors for optoelectronic and organic photovoltaic applications.

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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

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