Синглетное деление - Singlet fission

Синглетное деление - это процесс с разрешенным спином, уникальный для молекулярной фотофизики, когда одно синглетное возбужденное состояние преобразуется в два триплетные состояния. Это явление наблюдалось в молекулярных кристаллах, агрегатах, неупорядоченных тонких пленках и ковалентно связанных димерах, где хромофоры ориентированы так, что электронная связь между синглетным и двойным триплетным состояниями велика. Поскольку спин разрешен, процесс может происходить очень быстро (в пикосекундном или фемтосекундном масштабе времени) и превосходить радиационный распад (который обычно происходит в масштабе наносекундного времени), тем самым создавая два триплета с очень высокой эффективностью. Процесс отличается от межсистемный переход, в этом синглетном делении не происходит переворота спина, а опосредуется двумя триплетами, связанными в общий синглет.[1] Было высказано предположение, что синглетное деление в органических фотоэлектрических устройствах может улучшить эффективность фотопреобразования.[2]

История

Процесс синглетного деления был впервые представлен для описания фотофизики антрацена в 1965 году.[3] Ранние исследования влияния магнитного поля на флуоресценцию кристаллических тетрацен твердое понимание синглетного деления в полиацены.

SF solar.png

Acenes, Пентацен и Тетрацен в частности, являются видными кандидатами на синглетное деление. Энергия триплетных состояний меньше или равна половине синглетной (S1) энергии состояния, таким образом удовлетворяя требованию S1 ≥ 2 т1. Синглетное деление в функционализированных соединениях пентацена наблюдалось экспериментально.[4] Сообщалось также о внутримолекулярном синглетном делении в ковалентно связанных димерах пентацена и тетрацена.[5]

Подробный механизм процесса неизвестен. В частности, все еще обсуждается роль состояний с переносом заряда в процессе синглетного деления. Обычно механизмы синглетного деления подразделяются на (а) прямую связь между молекулами и (б) ступенчатые одноэлектронные процессы с участием состояний с переносом заряда. Известно, что межмолекулярные взаимодействия и относительная ориентация молекул внутри агрегатов критически влияют на эффективность синглетного деления.[6]

Рекомендации

  1. ^ Smith, Millicent B .; Михл, Йозеф (2010). «Синглетное деление». Химические обзоры. 110 (11): 6891–936. Дои:10.1021 / cr1002613. PMID  21053979.
  2. ^ "Труды двадцать седьмой научно-исследовательской конференции Министерства энергетики США по фотохимии солнца" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 12 июня 2018 г.
  3. ^ Singh, S .; Jones, W. J .; Siebrand, W .; Stoicheff, B.P .; Шнайдер, В. Г. J. Chem. Phys. 1965, 42, 330.
  4. ^ Уокер, Брайан Дж .; Musser, Andrew J .; Бельжонн, Дэвид; Друг, Ричард Х. (17 ноября 2013 г.). «Деление синглетного экситона в растворе». Химия природы. 5 (12): 1019–1024. Bibcode:2013НатЧ ... 5.1019Вт. Дои:10.1038 / nchem.1801. PMID  24256865.
  5. ^ Цирцлмайер, Йоханнес; Ленхерр, Дэн; Coto, Pedro B .; Черник, Эрин Т .; Касильяс, Рубен; Базель, Беттина С .; Тосс, Майкл; Tykwinski, Rik R .; Гулди, Дирк М. (9 апреля 2015 г.). «Синглетное деление в димерах пентацена». Труды Национальной академии наук. 112 (17): 5325–5330. Bibcode:2015PNAS..112.5325Z. Дои:10.1073 / pnas.1422436112. ЧВК  4418859. PMID  25858954.
  6. ^ Управляемое полиморфизмом синглетное деление в TIPS-антрацене: роль ориентации укладки, Kalishankar Bhattacharyya and Ayan Datta, J. Phys. Chem. С, 2017, 121, 1412–1420. (DOI: 10.1021 / acs.jpcc.6b10075)