Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies

Luận án nghiên cứu thiết kế, tổng hợp các liên hợp supramolecular porphyrin-fullerene. Khảo sát chuyên sâu tính chất điện hóa và quang hóa của chúng.

Trường ĐH

Wichita State University

Chuyên ngành
Chemistry
Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

243

Thời gian đọc

37 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tóm tắt nội dung

I.Tổng quan Mô hình Quang hợp Hợp chất Porphyrin Fullerene

Luận án này trình bày nghiên cứu về các hệ thống cho-nhận dựa trên porphyrin-fullerene liên kết phi cộng hóa trị. Công trình tập trung vào thiết kế, tổng hợp và phân tích tính chất điện hóa, quang hóa của các cấu trúc. Một mục tiêu chính là mô phỏng quá trình quang hợp tự nhiên, tạo ra các mô hình nhân tạo hiệu quả. Việc hiểu rõ động học chuyển electron và chuyển năng lượng trong các hệ Supramolecular chemistry là trọng tâm. Các hệ thống này cung cấp nền tảng cho việc phát triển vật liệu mới trong quang điện tử và năng lượng tái tạo. Lợi ích của việc sử dụng liên kết phi cộng hóa trị được nhấn mạnh. Phương pháp này cho phép lắp ráp linh hoạt và điều chỉnh dễ dàng các thành phần phân tử. Các kết quả có ý nghĩa cho lĩnh vực hóa học supramolecular, đặc biệt trong việc tạo ra Porphyrin-fullerene conjugates. Việc kiểm soát các Non-covalent interactions là chìa khóa để đạt được hiệu suất mong muốn. Luận án bao gồm giới thiệu tóm tắt các sự kiện quan trọng trong quang hợp tự nhiên và tầm quan trọng của các mô hình biomimetic nhân tạo.

1.1. Nguồn cảm hứng từ quang hợp tự nhiên

Quang hợp tự nhiên cung cấp nguồn cảm hứng vô tận cho khoa học. Các hệ thống sinh học này chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học một cách hiệu quả. Quá trình này bao gồm các bước chuyển electron nhanh và tách điện tích. Việc mô phỏng các cơ chế này là mục tiêu của nhiều nghiên cứu hiện đại. Porphyrin và fullerene được coi là các khối xây dựng lý tưởng. Chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh và tiềm năng redox phù hợp. Sự kết hợp của chúng tạo ra các hệ thống cho-nhận điện tử hiệu quả. Nghiên cứu này đóng góp vào sự hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình chuyển năng lượng cơ bản.

1.2. Vai trò của hệ thống biomimetic nhân tạo

Các mô hình biomimetic nhân tạo rất quan trọng trong hóa học và vật lý. Chúng cung cấp cái nhìn chi tiết về các quá trình phức tạp. Luận án này xem xét các phát triển mới trong hệ thống biomimetic. Mục tiêu là tạo ra các cấu trúc có hiệu suất cao. Việc này đòi hỏi Molecular design cẩn thận. Cần cân nhắc vị trí không gian và tương tác giữa các thành phần. Các hệ thống này có tiềm năng ứng dụng trong pin mặt trời hữu cơ. Chúng cũng có thể được sử dụng trong các thiết bị quang điện tử thế hệ mới. Việc tối ưu hóa các Porphyrin-fullerene conjugates là một bước tiến quan trọng cho ứng dụng thực tế.

1.3. Lợi ích của liên kết phi cộng hóa trị

Liên kết phi cộng hóa trị mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Chúng cho phép lắp ráp tự động (self-assembly) các phân tử. Điều này tạo ra các hệ thống linh hoạt và có khả năng điều chỉnh cao. Khác với liên kết cộng hóa trị, liên kết phi cộng hóa trị dễ dàng đảo ngược. Điều này hỗ trợ việc tối ưu hóa cấu trúc và chức năng. Các tương tác như liên kết phối trí trục là trọng tâm. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc định hướng các thành phần chất cho và chất nhận. Nghiên cứu khám phá các Non-covalent interactions trong các hệ thống dyad và triad. Mục đích là đạt được sự tách điện tích hiệu quả và kiểm soát quá trình chuyển năng lượng.

II.Thiết kế Tổng hợp Hợp chất Porphyrin Fullerene Supramolecular

Quá trình tổng hợp và đặc trưng hóa các hợp chất là một phần cốt lõi của luận án này. Nó bao gồm việc điều chế cả các hợp chất kiểm soát và các Porphyrin-fullerene conjugates phức tạp. Phương pháp Organic synthesis được áp dụng để đảm bảo độ tinh khiết và cấu trúc chính xác. Các kỹ thuật như phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H NMR) và phổ khối điện phun ion hóa (ESI-Mass spectroscopy) được sử dụng để xác nhận danh tính và cấu trúc của các hợp chất. Việc Molecular design là yếu tố then chốt để kiểm soát các Non-covalent interactions. Đặc biệt, luận án tập trung vào việc tạo ra các hệ thống supramolecular dựa trên liên kết phối trí trục. Mục tiêu là đạt được sự định hướng tối ưu giữa chất cho (porphyrin) và chất nhận (fullerene). Điều này rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình Electron transfer và Energy transfer. Các hệ thống dyad và triad phi cộng hóa trị được tổng hợp với các liên kết hai điểm để tăng cường độ ổn định và hiệu quả của phức hợp.

2.1. Phương pháp tổng hợp các hợp chất kiểm soát

Việc tổng hợp các hợp chất kiểm soát là bước đầu tiên trong nghiên cứu. Các hợp chất này giúp so sánh và hiểu rõ hơn về tác động của liên kết porphyrin-fullerene. Quy trình Organic synthesis chi tiết được mô tả trong luận án. Các phương pháp này đảm bảo sản phẩm có độ tinh khiết cao. Việc điều chế thành công các tiền chất là rất quan trọng. Chúng đóng vai trò là khối xây dựng cho các cấu trúc phức tạp hơn. Các hợp chất kiểm soát được đặc trưng hóa đầy đủ bằng các kỹ thuật phổ để xác nhận cấu trúc và độ tinh khiết.

2.2. Thiết kế cấu trúc dựa trên tương tác phi cộng hóa trị

Molecular design của các hệ supramolecular tập trung vào Non-covalent interactions. Luận án khám phá các hệ thống triad porphyrin-fullerene liên kết phi cộng hóa trị. Chúng sử dụng hai liên kết phối trí trục để cố định cấu trúc. Sự chú trọng vào độ cứng cấu trúc và định hướng của các thực thể cho-nhận. Thiết kế này nhằm tối ưu hóa khoảng cách và góc quay giữa các thành phần. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của quá trình Electron transfer. Việc thiết kế các Porphyrin-fullerene conjugates đặc biệt cho các liên kết hai điểm cũng được xem xét. Mục đích là tăng cường độ bền của phức hợp và khả năng tự lắp ráp.

2.3. Các kỹ thuật đặc trưng hóa phức chất

Các phức chất được đặc trưng hóa kỹ lưỡng bằng nhiều kỹ thuật. Sử dụng phổ 1H NMR và phổ khối ESI-Mass là các phương pháp chính. Những kỹ thuật này xác nhận cấu trúc và thành phần của các hợp chất. Hằng số liên kết được xác định bằng UV-visible, fluorescence và 1H NMR spectroscopy. Việc này cung cấp thông tin định lượng về độ bền của Non-covalent interactions. Dữ liệu này rất quan trọng để đánh giá thành công của Molecular design. Nó cũng giúp hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành và ổn định của phức Supramolecular chemistry.

III.Nghiên cứu Điện hóa Chuyển electron Redox Chemistry

Các nghiên cứu điện hóa cung cấp thông tin quan trọng về các quá trình chuyển electron trong Porphyrin-fullerene conjugates. Luận án đã tiến hành phân tích chi tiết về tính chất Redox chemistry của các hệ thống này. Các thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng cho và nhận electron của porphyrin và fullerene khi chúng tương tác. Việc hiểu rõ các thế oxy hóa khử là cần thiết để dự đoán và kiểm soát quá trình Electron transfer. Nghiên cứu cũng so sánh các hệ thống liên kết cộng hóa trị và phi cộng hóa trị. Điều này giúp làm rõ vai trò của các Non-covalent interactions trong việc điều chỉnh đường dẫn chuyển electron. Các dữ liệu điện hóa là nền tảng để giải thích các quan sát quang hóa, đặc biệt là trong việc xác định các trạng thái tách điện tích và tái tổ hợp. Việc sử dụng các phương pháp điện hóa tiên tiến cho phép định lượng động học Electron transfer. Các kết quả có giá trị trong Supramolecular chemistry, cung cấp hiểu biết sâu sắc về các yếu tố điều khiển quá trình chuyển điện tích.

3.1. Phân tích tính chất redox của hệ thống

Tính chất redox của các hợp chất được phân tích kỹ lưỡng. Điều này bao gồm các porphyrin đơn lẻ, fullerene và các Porphyrin-fullerene conjugates. Việc xác định các thế oxy hóa và khử của mỗi thành phần là rất quan trọng. Nó cho phép dự đoán khả năng Electron transfer nội phân tử. Các phép đo điện hóa cung cấp dữ liệu định lượng. Dữ liệu này cần thiết cho việc hiểu cơ chế Redox chemistry trong các hệ thống phức tạp. Nó giúp xác định năng lượng tự do cho quá trình chuyển điện tích.

3.2. Đánh giá tốc độ chuyển electron

Nghiên cứu đánh giá tốc độ chuyển electron trong các hệ thống. Luận án thảo luận về vai trò của pyridine liên kết trục. Pyridine có khả năng giảm tốc độ tái tổ hợp điện tích trong các dyad liên kết cộng hóa trị. Điều này cho thấy sự ảnh hưởng của môi trường địa phương lên động học Electron transfer. Các phép đo Electrochemical properties giúp định lượng các hiệu ứng này. Chúng cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách điều chỉnh hiệu suất chuyển điện tích và kéo dài tuổi thọ trạng thái tách điện tích.

3.3. So sánh các loại liên kết ảnh hưởng đến điện hóa

Luận án so sánh ảnh hưởng của liên kết cộng hóa trị và phi cộng hóa trị. Cấu trúc liên kết có tác động đáng kể đến Electrochemical properties. Các Non-covalent interactions có thể thay đổi thế redox của các thành phần. Điều này ảnh hưởng đến năng lượng tự do cho quá trình Electron transfer. Việc so sánh này giúp tối ưu hóa Molecular design. Mục tiêu là đạt được hiệu suất chuyển điện tích tối đa trong các hệ supramolecular. Nó cung cấp thông tin quý giá về việc lựa chọn chiến lược liên kết phù hợp.

IV.Nghiên cứu Quang hóa Động học Chuyển năng lượng Điện tích

Các nghiên cứu quang hóa đóng vai trò trung tâm trong luận án này. Chúng tiết lộ động học phức tạp của Energy transfer và Electron transfer trong Porphyrin-fullerene conjugates. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật quang phổ kích thích thời gian, các quá trình tách điện tích sau kích thích được quan sát và phân tích. Luận án tập trung vào việc hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của các quá trình này. Các yếu tố bao gồm định hướng không gian, khoảng cách giữa các chất cho-nhận và bản chất của Non-covalent interactions. Một phần quan trọng của nghiên cứu là đánh giá tác động của các chất cho thứ cấp. Chúng có khả năng tăng cường hiệu quả tách điện tích và làm chậm quá trình tái tổ hợp. Các kết quả này rất quan trọng để phát triển các mô hình quang hợp nhân tạo tiên tiến. Việc hiểu rõ Photochemical properties của các hệ thống này mở đường cho việc ứng dụng trong các thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về Supramolecular chemistry, đặc biệt là cách các tương tác yếu có thể điều khiển các quá trình quang vật lý quan trọng.

4.1. Khảo sát quá trình tách điện tích sau kích thích

Quá trình tách điện tích sau kích thích được khảo sát kỹ lưỡng. Khi porphyrin hấp thụ ánh sáng, nó chuyển sang trạng thái kích thích. Sau đó, Electron transfer xảy ra từ porphyrin sang fullerene. Quá trình này tạo ra trạng thái tách điện tích. Các phép đo quang hóa thời gian thực cung cấp dữ liệu động học. Dữ liệu này giúp hiểu rõ về tốc độ và hiệu suất của quá trình tách điện tích. Việc tạo ra các trạng thái tách điện tích bền là mục tiêu chính của Molecular design trong việc xây dựng các hệ thống quang hóa.

4.2. Động học chuyển năng lượng và electron

Luận án đánh giá động học của cả Energy transfer và Electron transfer. Sự cạnh tranh giữa hai quá trình này được phân tích. Các yếu tố như cấu trúc, khoảng cách và môi trường ảnh hưởng đến động học. Ví dụ, vai trò của pyridine liên kết trục trong việc giảm tốc độ tái tổ hợp điện tích được thảo luận. Các phép đo Photochemical properties cung cấp thông tin về tuổi thọ của các trạng thái kích thích và tách điện tích. Điều này quan trọng cho việc tối ưu hóa hiệu quả của Porphyrin-fullerene conjugates trong các ứng dụng chuyển đổi năng lượng.

4.3. Ảnh hưởng của cấu trúc lên hiệu suất quang hóa

Hiệu suất quang hóa bị ảnh hưởng mạnh bởi cấu trúc phân tử. Luận án nhấn mạnh tầm quan trọng của độ cứng cấu trúc và định hướng. Các triad porphyrin-fullerene liên kết phi cộng hóa trị được nghiên cứu. Đặc biệt, hệ thống có hai liên kết phối trí trục. Cấu trúc tối ưu hóa khoảng cách và định hướng giữa chất cho và chất nhận. Điều này giúp tối đa hóa tốc độ Electron transfer và giảm tốc độ tái tổ hợp. Các Non-covalent interactions được thiết kế để đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao. Việc kiểm soát cấu trúc là chìa khóa để đạt được các Photochemical properties mong muốn.

V.Tối ưu hóa Liên kết Phi cộng hóa trị trong Hệ Supramolecular

Việc tối ưu hóa các Non-covalent interactions là chìa khóa để cải thiện hiệu suất của các hệ Supramolecular chemistry. Luận án khám phá sâu sắc cách các yếu tố cấu trúc và tương tác ảnh hưởng đến động học Electron transfer và Energy transfer. Các hệ thống triad porphyrin-fullerene được tạo ra thông qua liên kết hai điểm. Mục tiêu là tăng cường độ bền và định hướng của phức hợp. Việc nghiên cứu vai trò của chất cho thứ cấp cung cấp cái nhìn mới về cách kéo dài tuổi thọ của trạng thái tách điện tích. Các kết quả chỉ ra rằng việc kiểm soát chặt chẽ Molecular design và các Non-covalent interactions cho phép điều chỉnh hiệu quả các Photochemical properties. Đặc biệt, luận án chứng minh rằng việc giảm tốc độ tái tổ hợp điện tích là có thể thực hiện được thông qua các chiến lược thiết kế phân tử thông minh. Các phát hiện này có ý nghĩa quan trọng trong việc xây dựng các thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời hiệu quả cao, đưa Porphyrin-fullerene conjugates tiến một bước gần hơn đến ứng dụng thực tế.

5.1. Tầm quan trọng của độ cứng cấu trúc và định hướng

Độ cứng cấu trúc và định hướng là các yếu tố quan trọng trong thiết kế supramolecular. Chúng ảnh hưởng đến hiệu quả của các Porphyrin-fullerene conjugates. Các hệ thống triad với liên kết phối trí trục được thiết kế để đạt được sự định hướng cố định. Điều này đảm bảo Electron transfer diễn ra hiệu quả. Cấu trúc cứng nhắc giúp duy trì khoảng cách tối ưu giữa các thành phần. Nó cũng ngăn chặn sự dao động không mong muốn. Điều này tối ưu hóa các Non-covalent interactions và cải thiện hiệu suất tổng thể.

5.2. Vai trò của chất cho thứ cấp trong hệ tam phân

Chất cho thứ cấp đóng vai trò quan trọng trong các hệ tam phân (triads) phức tạp. Chúng được thêm vào để tăng cường quá trình tách điện tích. Đồng thời, chất cho thứ cấp làm giảm tốc độ tái tổ hợp điện tích. Luận án thảo luận về hiệu quả của chất cho thứ cấp. Đặc biệt trong các triad tự lắp ráp thông qua liên kết hai điểm. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của trạng thái tách điện tích. Đây là yếu tố then chốt cho các ứng dụng quang điện tử và lưu trữ năng lượng.

5.3. Ảnh hưởng của liên kết trục đến tái tổ hợp điện tích

Liên kết trục có ảnh hưởng đáng kể đến tái tổ hợp điện tích. Nghiên cứu chỉ ra rằng liên kết pyridine trục có thể giảm tốc độ tái tổ hợp. Điều này quan trọng trong các dyad porphyrin-fullerene liên kết cộng hóa trị. Đối với các hệ Supramolecular chemistry, liên kết phối trí trục cũng rất quan trọng. Nó giúp kiểm soát khoảng cách và định hướng. Việc này nhằm tối ưu hóa Electron transfer và giảm thiểu quá trình tái tổ hợp không mong muốn. Điều chỉnh các Non-covalent interactions là một chiến lược hiệu quả để nâng cao hiệu suất.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (243 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

SUPRAMOLECULAR PORPHYRIN-FULLERENE CONJUGATES : DESIGN, SYNTHESIS , ELECTROCHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL STUDIES A Dissertation by Suresh Gadde MSc., University of Hyderabad, 2000 Submitted to the Department of Chemistry and the faculty of the Graduate School of Wichita State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy May 2006 UMI Number: 3240344 UMI Microform 3240344 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.

Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 SUPRAMOLECULAR PORPHYRIN-FULLERENE CONJUGATES : DESIGN, SYNTHESIS , ELECTROCHEMICAL AND PHOTOCHEMICAL STUDIES I have examined the final copy of this dissertation for form and content and recommend that it be accepted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctorate of Philosophy, with a major in Chemistry ____________________________________ Dr. Francis D’Souza, Committee Chair We have read this thesis and recommend its acceptance: ____________________________________ Dr. Zandler, Committee Member ____________________________________ Dr. Paul Rillema, Committee Member ____________________________________ Dr.

Michael Van Stipdonk, Committee Member ____________________________________ Dr. Rajiv Bagai, Committee Member Accepted for the College of Liberal Arts and Sciences -------------------------------------------------------------------------- Dr. Bischoff, Dean Accepted for Graduate School ------------------------------------------------------------------- Susan Kovar, Dean ii This thesis is dedicated to Ramesh Gadde, Sree Lakshmi Natta, Velikondaiah Bethapudi, and my parents iii ACKNOWLEDGEMENTS I would like to express my sincere gratitude to my research advisor Dr. Francis D’Souza for his support and guidance.

I would also like thank our collaborators: Dr. Osamu Ito, Dr. Michael Van Stipdonk, Dr Wlodzimierz Kutner, Dr. Krzysztof Winkler; Amy McCarty, and their coworkers for their efforts in producing excellent computational, photochemical, electro chemical, mass and X-ray crystal data, which contributed valuable information for the systems studied in this thesis work.

I would like to thank my thesis committee members Dr. Van Stipdonk, Dr. Ram Singhal, and Dr. Rajiv Bagai for their constant encouragement and support.

I would like to thank not only the entire faculty and staff of the chemistry department at Wichita State University but also the University of Hyderabad chemistry department. I would like to thank all the graduate students here at Wichita State University; especially, my lab mates Phil Smith, Lisa Rogers, Amy McCarty, Raghu Chitta, Eranda Maligaspe, Siew-cheng, Kim Tran, Valeriya Karpoviah and Dr. Deviprasad Gollapalli for their support. I would like thank all my friends, mainly Sabita, Ciann, Anne, Michelle, Nagesh, Santosh, and Phani.

I would also like to thank my parents, my sister Lakshmi and brother in-law Johnson. I would like to mention my sincere iv appreciation to my brother Ramesh Gadde, my cousin Sree Lakshmi Natta, and my guru Velikondaiah Bethapudi for their inspiration, constant support, and guidance, without them I would have not made it this far. Finally, I would like to thank the late Dr. Maiya for his significant role in changing my life’s direction.

v ABSTRACT The research reported in this thesis details the synthesis, characterization, electrochemical and photochemical studies of noncovalently linked porphyrin-fullerene based donor-acceptor systems. The first chapter gives an introduction that briefly summarizes the significant events that occur in natural photosynthetic systems, the importance of artificial photosynthetic models and finally, lists new developments in model biomimetic systems of this type. The second chapter discusses synthesis of control compounds and physical methods used in later chapters. The third chapter focuses on the investigation of covalently linked porphyrin-fullerene dyads.

A discussion of the role of axially ligated pyridine in decreasing charge recombination rates can also be found in this chapter. The main investigations in the fourth chapter utilize noncovalently linked porphyrin-fullerene triads with two axial coordination bonds with an emphasis on the importance of structural rigidity and the orientation of the donor- acceptor entities. The fifth chapter discusses the purpose of a secondary donor and the effect it has in charge separation and charge recombination rates for self assembled supramolecular triads formed via ‘two-point’ binding. Noncovalently linked magnesium porphyrin-fullerene dyads and triads are presented in chapter six.

The compounds contained in this thesis were synthesized and characterized by proton NMR and ESI-Mass spectroscopy. Binding constants vi were obtained by using UV-visible, fluorescence and 1H NMR spectral data. DFT calculations were performed to gain insight into the structural aspects and orientation of the donor-acceptor groups in these supramolecular complexes. Electrochemical and emissions studies (i.

steady state and time resolved fluorescence, transient absorption) were employed to obtain free energy changes for electron transfer, lifetimes, charge separation and charge recombination rates for photo - induced electron transfer. vii TABLE OF CONTENTS 1 Introduction 1 1.1 Basic theory of photo -induced electron transfer 2 1.2 PET and EET in biological and non-biological systems 6 1.3 Porphyrins as electron donors and fullerenes as electron acceptors 9 1.4 Covalently linked donor-acceptor systems 12 1.5 Non-covalently linked donor-acceptor systems 17 1.1 Hydrogen bonding modes 18 1.2 Crown ether- ammonium ion binding mode 21 1.3 Rotaxane type of interaction modes 24 1.5 Axial coordination 28 2 Materials and physical methods 32 2.2 Synthesis of control compounds 33 2.4 Summary 40 viii 3 Studies on covalently linked porphyrin-C60 dyads: stabilization of charge separated states by axial coordination 41 3.3 Results and discussion 52 3.4 Summary 82 4 Spectroscopic, electrochemical, computational, and photochemical studies of self-assembled supramolecular triads 84 4.3 Results and discussion 91 4.4 Summary 114 5 Stable supramolecular triads via ‘two-point’ binding invo lving coordination and hydrogen bonding 116 5.3 Results and discussion 127 5.4 Summary 151 ix 6 Spectroscopic, electrochemical, computational, crystallographic and photochemical studies of a self-assembled magnesium porphyrin-fullerene conjugate 153 6.3 Results and discussion 156 6.4 Comparison between intra- and intermolecularly interacting magnesium porphyrin- fullerene dyads 180 6.4 Summary 181 7 Summary 183 Bibliography 189 Appendix 199 x LIST OF TABLES Table …………………………………………………………………………… Page 3.1 Formation constants for axial coordination of pyridine Ligands to Zinc porphyrin- C60 Dyads in o-DCB at 298 K …………………….2 Electrochemical half-wave redox potentials (E1/2 vs. Fc/Fc+) of porphyrin-fulleropyrrolidine dyads in the presence of 0.1 M (n-Bu)4 NClO4 in BN, o-DCB, and pyridine………………………….3 Fluorescence lifetimes (τf ), refractive index of the solvents (η), solvent polarity (ε ), quenching rate -constants (kq P), quenching quantum -yields (Φ qP) via 1MP*, charge-separation rate-constants (kCS C), charge-separation quantum -yields (Φ CSC) and free-energy of charge-separation (Δ GCS C) via 1C60* for MPo~C 60 in different organic solvents……………………………………………………….4 Charge-recombination rate-constants (k CR) for MPo~C 60 in different organic solvents…………………………………………….1 Formation constants calculated from Scatchard plots of absorbance data for the ‘two-point’ bound supramolecular dyads and triads in o-dichlorobenzene at 298 K…………………………… 130 5.2 B3LYP/3 -21G(*) optimized geometric parameters of the investiga ted supramolecular triads…………………………………………………132 5.3 Energy levels of the charge-separated states (Δ GRIP), free-energy changes for charge-separation (Δ GCS), and hole shift (ΔGHS ) for supramolecular triads in o-DCB……………………………………… 136 5.4 Fluorescence lifetimes (τf ),a quenching rate constants (kCS )b, and charge-separation quantum yields (F CS)b via 1ZnP*, and charge recombination rate constants (k CR) for supramolecular triads in o-DCB……………………………………………………….1 Crystal Data for the 3:5 dyad ………………………………………… 160 6.2 Fluorescence lifetimes (τf ) and fractions of slow and fast components……………………………………………………………. 176 xi LIST OF FIGURES 1.1 Schematic representation (a) excitation of chromophore (b) electron transfer and (c) energy transfer quenching of a chromophore excited state.2 Schematic representation of Marcus cur ve………………………….3 X–ray crystal structure and scheme of electron transfer in photosynthetic reaction center……………………………………….4 Covalently linked porphyrin-fullerene traids ………………………… 13 1.5 Covalently linked porpyrin-fullerene tetrad …….6 Covalently linked carotene-porphyrin-fullerene triads …………….7 Watson-crick hydrogen bonding porphyrin-fullerene dyad………… 18 1.8 Porphyrin dyads with base pair interactions ……………………….9 Porphyrin-fullerene dyad with crown ether-ammonium ion binding 21 1.10 Phthalocyanine-fullerene dyad with crown ether-quaternary ammonium ion binding ……………………………………………….11 Phthalocyanine-fullerene triad with crown ether- quaternary ammonium ion binding ……………………………………………….12 Porphyrin-fullerene traid with rotaxane-type interactions………….13 Fullerene-porphyrin rota xane via Cu(phen) 2 complex .14 Fullerene-porphyrin rota xane via Cu(phen) 2 complex .15 Host and guest complexation with π−π interactions ……………….16 Schematic diagram of porphyrin-fullerene aggregates in water ….17 Zinc porphyrin- stilbazole- pyromelliticdiimide, Donor-bridge-acceptor system……………………………………….18 Porphyrin-fullerene dyad with “tail-on” and “tail-off” binding mechanism……………………………………………………………… 30 xii 2.1 Synthetic scheme adopted for compounds 2 and 3………………… 35 2.2 General scheme for synthesis of fulleropyrrolidines ……………….1 Schematic diagram of photochemical events occur in dyads …….2 Synthetic scheme for compounds 7, 8, 9, and 10………………….3 Synthetic scheme for compounds 13, 14, 15……………………….4 Absorption spectra of 15 in (i) o-DCB, (ii) BN, and (iii) pyridine in the visible region.

The concentrations were held constant at 1.5 Visible spectral changes observed for 15 on increasing addition of pyridine in toluene………………………………………………….6 DFT B3LYP/3-21G(*) calculated geometric structures of 13 and 14…………………………………………………………………… 56 3.7 Frontier HOMO and LUMO of 13 calculated by DFT B3LYP/3 -21G(*) methods…………………………………………….8 DFT B3LYP/3-21G(*) optimized geometries of 15 (a) in the absence and (d) in the presence of bis-pyridine ligands. Figures b, c, e and f show the HOMO and LUMO of the dyad under the conditions described in a and d……………………………………… 59 3.9 Cyclic voltammograms of (a) 15 and (b) 14 (~0.05 mM) in o-DCB (0. Scan rate = 100 mV/s. The site of electron transfer is indicated on the top of the voltammograms….10 Fluorescence spectrum of (a) (i) 2, (ii) 13 and (iii) 14 in o-DCB (λex = 550 nm) and (b) (i) 1, (ii) 11 and (iii) 12 in o-DCB (λex = 515 nm)……………………………………………………………………….11 Fluorescence spectra of 3 (curves i, ii and iii) and 15 (curves iv, v, and vi) in o-DCB (curves i and iv), BN (curves iii and vi), and Py (curves ii and v) (λex = 565 nm in o-DCB, 566 nm in BN and 579 nm in Py).

The concentration of all of the species was held at 1.12 Fluorescence decay profiles of (a) 2, 13, and 15, and (b) 1, 11, and 12 in benzonitrile. The concentrations of porphyrins were maintained at 0.13 Time-resolved fluorescence spectra of 15 (a) toluene, (b) anisole, (c) o-DCB, and (d) BN………………………………………………… 71 3.14 Fluorescence decay profiles (a) 3 (600-700 nm) and (b) C60 (700-800 nm) and (c) 15 (700-800 nm) and (d) MgPO~C60 (600- 700nm) dyad in an argon saturated o-DCB (λex = 400 nm). The concentration of all of the species was held at 0.15 Nanosecond transient absorption spectra of 15 (0.05 mM) in argon saturated solution after the 532 nm-laser irradiation; (a) in o-DCB, and (b) in toluene after the 532 nm-laser irradiation. Figure inset shows the time profiles of the transient bands at the indicated wavelengths………………………………………………… 77 3.16 Energy level diagrams showing the photochemical events of the dyad 15 in (a) DMF, BN, o-DCB and anisole, and (b) toluene…… 81 4.1 Schematic diagrams of triads A (21: 2), B (21: 20), C (21: 19)….2 Synthetic scheme for compounds 16, and 17……………………….3 Synthesis of compound 18, and 19………………………………….4 Synthesis of fulleropyrrolidine 21…………………………………… 91 4.5 Spectral changes observed during the titration of 19 (1.88 μmol dm–3) with 21 (each 0.

addition) in o-DCB…………………….6 Optical absorption spectral changes of 20 on increasing addition of 21 in toluene ……………………………………………………….7 (a) Scatchard plot for triad A, absorbance changes observed at 422 nm, (b) Job’s plot for triad A, and (c) Job’s method of continuous variation plots for the triad C complex formation monitored at 424 and 429 nm………………………………………… 95 1 4.8 H NMR spectrum of 21 (5 mM) on addition of (a) 0, (b) 0.0 equivalents of 2 in CDCl3:CS2 (1:1 v/v)….9 B3LYP/3 -21G(*) optimized structure of 20 interacting with bis 98 pyridine functionalized fulleropyrrolidine 21………………………… 4.10 The B3LYP/3-21G(*) optimized structure, (b) HOMO, and (c) LUMO of the supramolecular triad C ……………………………….11 Cyclic voltammograms of (a) ZnTPP 2, (b) C60(Py) 2 21 and (c) isolated complex of triad A in o-DCB, 0. Scan rate = 100 mV/s………………………………………………………… 101 4. λex = 554 nm and λem = 646 nm……………….13 Steady state fluorescence spectra of 19 (1.88 μM) in the presence of 21 (0. each addition) in o-DCB.14 (a) Fluorescence spectra of 20 on increasing addition of 21 in toluene.

(b) Benesi-Hildebrant plot of binding constant analysis. (c) Stern-Volmer plot of quenching analysis……………………….15 Fluorescence decay profiles of (a) 20 (0.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án nghiên cứu thiết kế, tổng hợp các liên hợp supramolecular porphyrin-fullerene. Khảo sát chuyên sâu tính chất điện hóa và quang hóa của chúng.

Luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Wichita State University. Năm bảo vệ: 2006.

Luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" thuộc chuyên ngành Chemistry. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.

Luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" có bao nhiêu trang?

Luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" có 243 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Supramolecular porphyrin-fullerene conjugates: Design, synthesis, electrochemical and photochemical studies" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter