The effect of thionation of the carbonyl group on the photophysics of compact spiro rhodamine-naphthalimide electron donor–acceptor dyads: intersystem crossing, charge separation, and electron spin dynamics

文献情報

出版日 2023-11-02
DOI 10.1039/D3CP04891H
インパクトファクター 3.676
著者

Xiao Xiao, Tong Mu, Andrey A. Sukhanov, Yihang Zhou, Peiran Yu, Fabiao Yu, Ayhan Elmali, Jianzhang Zhao, Ahmet Karatay, Violeta K. Voronkova


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要旨

Herein, a spiro rhodamine (Rho)-thionated naphthalimide (NIS) electron donor–acceptor orthogonal dyad (Rho-NIS) was prepared to study the formation of a long-lived charge separation (CS) state via the electron spin control approach. The transient absorption (TA) spectra of Rho-NIS indicated that the intersystem crossing (ISC) occurs within 7–42 ps to produce the 3NIS state via the spin orbit coupling ISC (SOC-ISC). The energy order of 3CS (2.01 eV in n-hexane, HEX) and 3LE states (1.68 eV in HEX) depended on the solvent polarity. The 3NIS state having n–π* character and a lifetime of 0.38 μs was observed for Rho-NIS in toluene (TOL). Alternatively, in acetonitrile (ACN), the long-lived 3CS state (0.21 μs) with a high CS state quantum yield (ΦCS, 97%) was produced with the 3NIS state as the precursor and the CS took 134 ps. On the contrary, in the case of the reference Rho-naphthalimide (NI) Rho-NI dyad without thionation of its carbonyl group, a long-lived CS state (0.94 μs) with a high energy level (ECS = 2.12 eV) was generated even in HEX with a lower ΦCS (49%). In the presence of an acid, the Rho unit in the Rho-NIS adopted an open form (Rho-o) and the 3NIS state was produced within 24–47 ps with the 1Rho-o state as the precursor. Subsequently, slow intramolecular triplet–triplet energy transfer (TTET, 0.11–0.60 μs) produced the 3Rho-o state (9.4–13.6 μs). According to the time-resolved electron paramagnetic resonance (TREPR) spectra of NIS-NH2, the zero-field splitting (ZFS) parameter |D| and E of the triplet state were determined to be 6165 MHz and −1233 MHz, respectively, indicating that its triplet state has significant nπ* character, which was supported by its short triplet state lifetime (6.1 μs).

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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