Встановлення ефективності та механізму екситонного транспорту в J-агрегатах amphi-PIC та виявлення можливостей впливу на нього. Використання двох інших барвників, інкорпророваних до J-агрегатів. Використання модифікованого рівняння Штерна-Фольмера.
Аннотация к работе
Нещодавно було показано, що молекулярні ансамблі барвників, так звані J-агрегати, є найбільш перспективними обєктами в якості штучних оптичних антенних систем, аналогічних за властивостями LHC. В залежності від впорядкування молекул у ланцюжках, екситонна смуга у спектрі поглинання може розташовуватися у короткохвильовій, по відношенню до смуги поглинання мономерів, області (Н-смуга), у випадку впакування мономерів по типу "голова до голови", або в довгохвильовій області (J-смуга), у випадку впакування мономерів по типу "голова до хвосту". Але незважаючи на високий інтерес до екситонного транспорту J-агрегатів, до цього часу не існує однозначних відповідей на такі важливі питання, як: на які відстані можуть мігрувати екситони (на субмікронні чи на мікронні), який механізм екситонного транспорту (когерентний чи некогерентний), чи можна впливати на ефективність екситонного транспорту у J-агрегатах. Робота виконувалась відповідно до планів науково-дослідних робіт Інституту сцинтиляційних матеріалів НАН України в рамках держбюджетної теми "Дослідження механізмів формування люмінесценції в обємі та на поверхні нанокластерів" (Близнец-4, 2006-2008 рр., номер держреєстрації № 0106U004337), проекту "Розробка нанозондів на основі органічних люмінесцентних кластерів (J-агрегатів) для моніторингу фізіологічного стану біологічних обєктів" програми фундаментальних досліджень "Наносистеми, наноматеріали та нанотехнології" ("Нанозонд", 2007 - 2009 рр., номер держреєстрації 0107U008562), проекту "Керування оптичними властивостями метастабільних молекулярних нанокластерів" за грантом НАН України для молодих вчених (2007-2008 рр., № держреєстрації 0107U008566), а також стипендії НАН України для молодих вчених. Встановити ефективність та механізми міграції екситонних збуджень у J-агрегатах amphi-PIC, для чого, зокрема, зясувати особливості оптичних спектрів J-агрегатів amphi-PIC та переносу енергії на екситонні пастки, в умовах контрольованого ступеню статичного безладу.В розчинах, в яких знаходяться J-агрегати amphi-PIC, спостерігається інтенсивна сенсибілізована люмінесценція як ціанінового, так і скваринового барвнику, а також гасіння люмінесценції J-агрегатів (Рис. Для цього було записано сімейство спектрів люмінесценції J-агрегатів в присутності акцепторів енергії з різною концентрацією (співвідношення amphi-PIC/акцептор варіювалося від 10:1 до 1000:1) (Рис. Зростання частки акцептора призводить до перерозподілу смуг люмінесценції J-агрегатів та акцептора внаслідок переносу енергії. Було встановлено, що навіть при достатньо високих концентраціях акцептора (співвідношення amphi-PIC/акцептор = 10:1) J-смуга не змінюється, але подальше збільшення концентрації акцепторів призводить до зменшення J-смуги, що вказує на руйнування J-агрегатів. Далі, для кількісної оцінки ефективності екситонного транспорту у J-агрегатах amphi-PIC, було проаналізовано гасіння люмінесценції J-агрегатів акцепторами за допомогою рівняння Штерна-Фольмера: F0/F = 1 KSV[Q], (1) де F0 та F - інтенсивності люмінесценції J-агрегатів у відсутності та присутності пасток відповідно, [Q] - концентрація пасток, KSV - константа Штерна-Фольмера (1/KSV вказує концентрацію акцептора, при якій гаситься 50% люмінесценції донора).У дисертаційній роботі була вирішена поставлена наукова задача та визначена ефективність екситонного транспорту у J-агрегатах amphi-PIC, встановлені способи впливу на неї та зясований основний механізм міграції екситонів. Використання екситонних пасток, які демонструють властивості акцептора енергії екситонних збуджень показало, що екситонний транспорт у J-агрегатах amphi-PIC являється субмікронним, а середня довжина пробігу екситонів ~ 500 A. У випадку використання екситонних пасток, які додатково відіграють роль електронного акцептора, ефективність екситонного транспорту J-агрегатів зменшується, внаслідок перерозподілу електронної щільності у молекулярному ланцюжку. Вдосконалення структури J-агрегатів amphi-PIC, наприклад за рахунок утворення навколо них молекулярної оболонки, призводить до підвищення ефективності екситонного транспорту, при цьому середня довжина пробігу екситонів збільшується майже у 1.3 рази. Comparison of two polymethine dyes used as exciton traps for amphi-PIC J-aggregates / R.S.
План
Основний зміст роботи
Вывод
У дисертаційній роботі була вирішена поставлена наукова задача та визначена ефективність екситонного транспорту у J-агрегатах amphi-PIC, встановлені способи впливу на неї та зясований основний механізм міграції екситонів.
Основні наукові результати є такі: 1. Використання екситонних пасток, які демонструють властивості акцептора енергії екситонних збуджень показало, що екситонний транспорт у J-агрегатах amphi-PIC являється субмікронним, а середня довжина пробігу екситонів ~ 500 A.
2. У випадку використання екситонних пасток, які додатково відіграють роль електронного акцептора, ефективність екситонного транспорту J-агрегатів зменшується, внаслідок перерозподілу електронної щільності у молекулярному ланцюжку.
3. Вдосконалення структури J-агрегатів amphi-PIC, наприклад за рахунок утворення навколо них молекулярної оболонки, призводить до підвищення ефективності екситонного транспорту, при цьому середня довжина пробігу екситонів збільшується майже у 1.3 рази.
4. Основним механізмом екситонного транспорту у J-агрегатах amphi-PIC є когерентний, тобто розповсюдження екситонів вздовж молекулярного ланцюжка у вигляді хвильових пакетів.
Перелік опублікованих праць за темою дисертації
1. Squaraine dye as an exciton trap for cyanine J-aggregates in a solution / R.S. Grynyov, A.V. Sorokin, G. Ya. Guralchuk, S.L. Yefimova, I.A. Borovoy, Yu.V. Malyukin // J. Phys. Chem. C. - 2008. - v.112, № 51. - P. 20458-20462.
2. Comparison of two polymethine dyes used as exciton traps for amphi-PIC J-aggregates / R.S. Grynyov, A.V. Sorokin, G. Ya. Guralchuk, S.L. Yefimova, I.A. Borovoy, Yu.V. Malyukin // Func. Materials. - 2008. - v.15, № 4. - P. 475-480.
3. Эффективность транспорта энергии в люминесцентных молекулярных нанокластерах (J-агрегатах) / Р.С. Гринев, А.В. Сорокин, Г.Я. Гуральчук, С.Л. Ефимова, И.А. Боровой, Ю.В. Малюкин // Биофиз. вестник. - 2008. - в. 21, № 2. - С. 101-106.
4. Исследование экситонного транспорта в люминесцентных молекулярных нанокластерах при помощи ловушек энергии / Р.С. Гринев, А.В. Сорокин, Г.Я. Гуральчук, С.Л. Ефимова, И.А. Боровой, Ю.В. Малюкин // Теор. эксп. химия. - 2009. - т. 45, № 1. - С. 50-53.
5. Coherent Mechanism of Exciton Transport in Disordered J-Aggregates / A.N. Lebedenko, R.S. Grynyov, G. Ya. Guralchuk, A.V. Sorokin, S.L. Yefimova, Y.V. Malyukin // J. Phys. Chem. C. - 2009. - v. 113, № 29. - P. 12883-12887.
6. Fret как инструмент в исследовании локализации экситонов в J-агрегатах / Р.С. Гринев, Г.Я. Гуральчук, А.В. Сорокин, С.Л. Ефимова, Ю.В. Малюкин // Материалы 1-й Всеукраинской научной конференции молодых ученых "Физика низких температур (КМУ-ФНТ-2008)". - Харьков, 2008. - С.65.
7. Using squaraine dye as an energy acceptor for amphi-PIC J-aggregates / A.V. Sorokin, R.S. Grynyov, G. Ya. Guralchuk, S.L. Yefimova, I.A. Borovoy, Yu.V. Malyukin // Book of abstracts of First international symposium "Supramolecular and nanochemistry: toward applications (SNCTA-2008)". - Kharkov (Ukraine), 2008. - O-24.
8. Исследование экситонного транспорта в люминесцентных молекулярных нанокластерах при помощи ловушек энергии / Гринев Р.С., Сорокин А.В., Гуральчук Г.Я., Ефимова С.Л., Боровой И.А., Малюкин Ю.В. // Тезисы докладов международного симпозиума "Нанофотоника". - Ужгород (Украина), 2008. - С 33.
9. Экситонные ловушки для органических наночастиц / Р.С. Гринев, Г.Я. Гуральчук, А.В. Сорокин, С.Л. Ефимова, Ю.В. Малюкин. // Тезисы докладов школы-семинара "Сцинтиляционные процессы и материалы для регистрации ионизирующего излучения". - Харьков, 2008. - С.31.
10. Exciton migration in luminescent molecular nanoclusters / A. Sorokin, R. Grynyov, Yu. Malyukin // Proceedings of International Conference "Nanomeeting - 2009". - Minsk (Belarus), 2009. - P. 160-163.