Фотоиндуцированный перенос электронов

Схема процесса фотоиндуцированного переноса электрона

Фотоиндуцированный перенос электрона ( ПЭТ ) — это процесс переноса электрона в возбужденном состоянии , при котором возбужденный электрон переносится от донора к акцептору. За счет ПЭТ возникает разделение зарядов, т. е . окислительно-восстановительная в возбужденном состоянии протекает реакция (это явление не наблюдается при переносе электрона по Декстеру ).

Ширина

К таким материалам относятся полупроводники , которые можно фотоактивировать, как и многие солнечные элементы , биологические системы, например те, которые используются в фотосинтезе , а также небольшие молекулы с подходящим поглощением и окислительно-восстановительным состоянием.

Процесс

Место расположения электронов принято описывать как электронные полосы в объемных материалах и электронные орбитали в молекулах . Ради целесообразности следующее описание будет описано в молекулярных терминах. Когда фотон возбуждает молекулу, электрон на орбитали основного состояния может перейти на орбиталь с более высокой энергией. Это возбужденное состояние оставляет вакансию на орбитали основного состояния, которая может быть заполнена донором электронов . Он производит электрон на высокоэнергетической орбитали, который может быть передан акцептору электронов . В этом отношении фотовозбужденная молекула может действовать как хороший окислитель или хороший восстановитель .

Фотоиндуцированное окисление

[МЛ _н ] ²⁺ + hν → [ML _n ] ²⁺ *

[МЛ _н ] ²⁺ * + донор → [ML _n ] ⁺ + донор ⁺

Фотоиндуцированное восстановление

[МЛ _н ] ²⁺ + hν → [ML _n ] ²⁺ *

[МЛ _н ] ²⁺ * + акцептор → [ML _n ] ³⁺ + акцептор ⁻

Конечным результатом обеих реакций является то, что электрон попадает на орбиталь с более высокой энергией, чем та, на которой он находился ранее. это часто описывают как пару электрон-дырка с разделенными зарядами При работе с полупроводниками .

В отсутствие подходящего донора или акцептора электронов такие молекулы могут подвергаться обычному флуоресцентному излучению . Перенос электрона является одной из форм фотогашения .

Последующие процессы

Во многих фотопродуктивных системах это разделение зарядов кинетически изолировано путем доставки электрона к проводнику с более низкой энергией, прикрепленному к p/n-переходу или к цепи переноса электронов . В этом случае часть энергии может быть использована для совершения работы. Если электрон не изолирован кинетически, термодинамика возьмет верх, и продукты вступят в реакцию друг с другом, регенерируя исходный материал в основном состоянии. Этот процесс называется рекомбинацией, и энергия фотона выделяется в виде тепла.

Рекомбинация фотоиндуцированного окисления

[МЛ _н ] ⁺ + донор ⁺ → [МЛ _н ] ²⁺ + донор

Потенциальное индуцированное производство фотонов

Процесс, обратный фотоиндуцированному переносу электронов, отображается с помощью светоизлучающих диодов (LED) и хемилюминесценции , где градиенты потенциала используются для создания возбужденных состояний, которые распадаются под действием излучения света.