Триплет-тройная аннигиляция

Триплет-триплетная аннигиляция ( ТТА ) — это механизм передачи энергии, при котором две молекулы в триплетном возбужденном состоянии взаимодействуют с образованием молекулы в основном состоянии и возбужденной молекулы в синглетном состоянии . ^{[ 1 ]} Этот механизм является примером механизма передачи энергии Декстера . ^{[ 2 ]} При триплет-триплетной аннигиляции одна молекула передает энергию своего возбужденного состояния второй молекуле, в результате чего первая молекула возвращается в свое основное состояние, а вторая молекула переходит в более возбужденное синглетное состояние. ^{[ 1 ]}

Триплет-триплетная аннигиляция была впервые обнаружена в 1960-х годах для объяснения наблюдения замедленной флуоресценции в производных антрацена . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Преобразование фотонов с повышением частоты

Диаграмма Яблонского, описывающая процесс сенсибилизации при ап-конверсии триплет-триплетной аннигиляции. Сенсибилизатор сначала поглощает свет и достигает своего первого синглетного возбужденного состояния (S ₁ ). Состояние сенсибилизатора S1 _{подвергается} интеркомбинационному переходу (ISC) в триплетное возбужденное состояние (T1 ₎ . Затем сенсибилизатор передает энергию эмиттеру, который возвращает сенсибилизатор Т ₁ в основное состояние (S ₀ ) и переводит эмиттер в его Т ₁ .

Триплет-триплетная аннигиляция объединяет энергию двух триплетно-возбужденных молекул в одну молекулу для создания более высокого возбужденного состояния. Поскольку более высокое возбужденное состояние является эмиссионным синглетным состоянием, ТТА можно использовать для достижения ап-конверсии фотонов , то есть процесса, который преобразует энергию двух фотонов в один фотон с более высокой энергией. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Для достижения ап-конверсии фотонов посредством триплет-триплетной аннигиляции часто комбинируют два типа молекул: сенсибилизатор и эмиттер (аннигилятор). ^{[ 9 ]} Сенсибилизатор поглощает фотон низкой энергии и заселяет свое первое возбужденное триплетное состояние (T ₁ ) посредством межкомбинационного пересечения . Затем сенсибилизатор передает энергию возбуждения эмиттеру, в результате чего образуется триплетный возбужденный эмиттер и сенсибилизатор в основном состоянии. Два эмиттера с триплетным возбуждением могут затем подвергнуться триплет-триплетной аннигиляции с образованием синглетного возбужденного состояния (S ₁ ) эмиттера, которое может излучать преобразованный с повышением частоты фотон.

Требования

Для эффективного ап-конверсии ТТА сенсибилизатор должен сильно поглощать в желаемом диапазоне возбуждения и иметь высокую эффективность преобразования из синглетного возбужденного состояния в триплетное возбужденное состояние. ^{[ 9 ]} Эмиттер должен иметь синглетный энергетический уровень чуть ниже удвоенной энергии первого триплетного возбужденного состояния. И эмиттер, и сенсибилизатор должны иметь длительное время жизни в триплетном состоянии, чтобы у механизма ТТА было достаточно времени для реализации. ^{[ 9 ]}

Приложения

Преимущество материалов триплет-триплетной аннигиляции с повышением конверсии (TTA-UC) состоит в том, что они требуют низкой мощности возбуждения и имеют изменяемые длины волн излучения и возбуждающего света. ^{[ 10 ]} Благодаря этим преимуществам было исследовано множество применений материалов TTA-UC.

Солнечные батареи

Солнечные элементы — это электрические устройства, преобразующие солнечный свет в электричество. Однако из-за свойств материалов, из которых состоят солнечные элементы, многие солнечные элементы не могут эффективно собирать фотоны низкой энергии (с длиной волны более 800 нм). Таким образом, способность материалов TTA-UC объединять энергию двух фотонов низкой энергии в один фотон высокой энергии желательна для улавливания большей энергии солнечного света. ^{[ 9 ]}

Органические светодиоды

Светоизлучающие материалы, которые могут преобразовывать неэмиссионные триплетные состояния в эмиссионные синглетные состояния, имеют решающее значение для органических светоизлучающих диодов (OLED), поскольку по статистике 75% возбужденных состояний, образующихся в OLED, являются триплетными состояниями. ^{[ 11 ]} Материалы ТТА хорошо подходят для использования в органических светодиодах благодаря низкому рабочему напряжению, небольшому падению эффективности при увеличении яркости и низкой стоимости. Однако большинство материалов ТТА излучают фотоны от синего до темно-синего цвета, что ограничивает их применение в органических светодиодах до тех пор, пока цветовое разнообразие не изменится. ^{[ 9 ]}

Терапия рака

При фотолизной терапии рака свет используется для избирательного разрыва связей, что высвобождает и активирует целевую молекулу лекарства. Молекула лекарства может быть высвобождена вблизи или в местах опухоли для борьбы с болезнью. Для этого применения желательны материалы TTA-UC, которые могут возбуждаться ближним инфракрасным светом, поскольку ближний инфракрасный свет хорошо проникает в ткани. ^{[ 10 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Турро, Николас Дж. (2010). Современная молекулярная фотохимия органических молекул . В. Рамамурти, Дж. К. Скайано. Саусалито, Калифорния, ISBN 978-1-891389-25-2 . OCLC 396185412 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ Монгуцци, А.; Тубино, Р.; Мейнарди, Ф. (22 апреля 2008 г.). «Замедленная флуоресценция, индуцированная апконверсией, в многокомпонентных органических системах: роль переноса энергии Декстера» . Физический обзор B . 77 (15): 155122. Бибкод : 2008PhRvB..77o5122M . дои : 10.1103/PhysRevB.77.155122 . ISSN 1098-0121 .
^ Паркер, Калифорния; Хэтчард, CG (1962). «Замедленная флуоресценция растворов антрацена и фенантрена». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 269 (1339): 574–584. Бибкод : 1962RSPSA.269..574P . дои : 10.1098/rspa.1962.0197 . S2CID 98155331 .
^ Паркер, Калифорния; Хэтчард, CG (1962). «Сенсибилизированная антистоксовая замедленная флуоресценция». Учеб. хим. Соц. : 386–387. дои : 10.1039/PS9620000373 .
^ Паркер, Калифорния (1963). «Сенсибилизированная замедленная флуоресценция P-типа». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 276 (1364): 125–135. Бибкод : 1963RSPSA.276..125P . дои : 10.1098/rspa.1963.0197 . S2CID 97502195 .
^ Паркер, Калифорния; Джойс, Тельма А. (1967). «Замедленная флуоресценция антрацена и некоторых замещенных антраценов». Химические коммуникации (15): 744. doi : 10.1039/C19670000744 .
^ Сингх-Рэчфорд, Таня Н.; Кастеллано, Феликс Н. (2010). «Повышающее преобразование фотонов на основе сенсибилизированной триплет-триплетной аннигиляции». Обзоры координационной химии . 254 (21–22): 2560–2573. дои : 10.1016/j.ccr.2010.01.003 .
^ Грей, Виктор; Мот-Поульсен, Каспер; Альбинссон, Бо; Абрахамссон, Мария (2018). «На пути к эффективному преобразованию фотонов на основе триплет-триплетной аннигиляции в твердом состоянии: супрамолекулярные, макромолекулярные и самоорганизующиеся системы». Обзоры координационной химии . 362 : 54–71. дои : 10.1016/j.ccr.2018.02.011 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Гао, Джан; Вонг, Уоллес WH; Цинь, Чжэншэн; Ло, Ши-Чунь; Намдас, Эбиназар Б.; Донг, Хуанли; Ху, Вэньпин (01 октября 2021 г.). «Применение триплет-триплетной аннигиляционной апконверсии в органических оптоэлектронных устройствах: достижения и перспективы» . Продвинутые материалы . 33 (45): 2100704. Бибкод : 2021АдМ....3300704Г . дои : 10.1002/adma.202100704 . hdl : 11343/299048 . ISSN 0935-9648 . ПМИД 34596295 . S2CID 238237517 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Цзэн, Ле; Хуанг, Линг; Хан, Цзиньфэн; Хан, Банда (20 сентября 2022 г.). «Усиление апконверсии триплет-триплетной аннигиляции: от молекулярного дизайна до современных приложений» . Отчеты о химических исследованиях . 55 (18): 2604–2615. дои : 10.1021/acs.accounts.2c00307 . ISSN 0001-4842 . ПМИД 36074952 . S2CID 252160565 .
^ Ван, Цзяньпу; Чепелянский, Алексей; Гао, Фэн; Гринхэм, Нил К. (13 ноября 2012 г.). «Управление статистикой спина экситонов посредством спиновой поляризации в органических оптоэлектронных устройствах» . Природные коммуникации . 3 (1): 1191. Бибкод : 2012NatCo...3.1191W . дои : 10.1038/ncomms2194 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 3514489 . ПМИД 23149736 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б Турро, Николас Дж. (2010). Современная молекулярная фотохимия органических молекул . В. Рамамурти, Дж. К. Скайано. Саусалито, Калифорния, ISBN 978-1-891389-25-2 . OCLC 396185412 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )

[2] Монгуцци, А.; Тубино, Р.; Мейнарди, Ф. (22 апреля 2008 г.). «Замедленная флуоресценция, индуцированная апконверсией, в многокомпонентных органических системах: роль переноса энергии Декстера» . Физический обзор B . 77 (15): 155122. Бибкод : 2008PhRvB..77o5122M . дои : 10.1103/PhysRevB.77.155122 . ISSN 1098-0121 .

[3] Паркер, Калифорния; Хэтчард, CG (1962). «Замедленная флуоресценция растворов антрацена и фенантрена». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 269 (1339): 574–584. Бибкод : 1962RSPSA.269..574P . дои : 10.1098/rspa.1962.0197 . S2CID 98155331 .

[4] Паркер, Калифорния; Хэтчард, CG (1962). «Сенсибилизированная антистоксовая замедленная флуоресценция». Учеб. хим. Соц. : 386–387. дои : 10.1039/PS9620000373 .

[5] Паркер, Калифорния (1963). «Сенсибилизированная замедленная флуоресценция P-типа». Труды Лондонского королевского общества. Серия А. Математические и физические науки . 276 (1364): 125–135. Бибкод : 1963RSPSA.276..125P . дои : 10.1098/rspa.1963.0197 . S2CID 97502195 .

[6] Паркер, Калифорния; Джойс, Тельма А. (1967). «Замедленная флуоресценция антрацена и некоторых замещенных антраценов». Химические коммуникации (15): 744. doi : 10.1039/C19670000744 .

[7] Сингх-Рэчфорд, Таня Н.; Кастеллано, Феликс Н. (2010). «Повышающее преобразование фотонов на основе сенсибилизированной триплет-триплетной аннигиляции». Обзоры координационной химии . 254 (21–22): 2560–2573. дои : 10.1016/j.ccr.2010.01.003 .

[8] Грей, Виктор; Мот-Поульсен, Каспер; Альбинссон, Бо; Абрахамссон, Мария (2018). «На пути к эффективному преобразованию фотонов на основе триплет-триплетной аннигиляции в твердом состоянии: супрамолекулярные, макромолекулярные и самоорганизующиеся системы». Обзоры координационной химии . 362 : 54–71. дои : 10.1016/j.ccr.2018.02.011 .

[:1-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Гао, Джан; Вонг, Уоллес WH; Цинь, Чжэншэн; Ло, Ши-Чунь; Намдас, Эбиназар Б.; Донг, Хуанли; Ху, Вэньпин (01 октября 2021 г.). «Применение триплет-триплетной аннигиляционной апконверсии в органических оптоэлектронных устройствах: достижения и перспективы» . Продвинутые материалы . 33 (45): 2100704. Бибкод : 2021АдМ....3300704Г . дои : 10.1002/adma.202100704 . hdl : 11343/299048 . ISSN 0935-9648 . ПМИД 34596295 . S2CID 238237517 .

[:2-10] Перейти обратно: ^а ^б Цзэн, Ле; Хуанг, Линг; Хан, Цзиньфэн; Хан, Банда (20 сентября 2022 г.). «Усиление апконверсии триплет-триплетной аннигиляции: от молекулярного дизайна до современных приложений» . Отчеты о химических исследованиях . 55 (18): 2604–2615. дои : 10.1021/acs.accounts.2c00307 . ISSN 0001-4842 . ПМИД 36074952 . S2CID 252160565 .

[11] Ван, Цзяньпу; Чепелянский, Алексей; Гао, Фэн; Гринхэм, Нил К. (13 ноября 2012 г.). «Управление статистикой спина экситонов посредством спиновой поляризации в органических оптоэлектронных устройствах» . Природные коммуникации . 3 (1): 1191. Бибкод : 2012NatCo...3.1191W . дои : 10.1038/ncomms2194 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 3514489 . ПМИД 23149736 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]