以超快時間解析克爾光閘螢光光譜研究四氰基乙烯-甲基苯電子給體-受體錯合物之電子轉移動態學

Electron-Transfer Dynamics of Tetracyanoethylene-Methylbenzene Electron Donor-Acceptor Complexes Studied by Ultrafast Time-resolved Optical Kerr Gating Fluorescence Spectroscopy

洪志昌(Chih-Chang Hung)

指導教授 ： 鄭博元

國立清華大學/理學院/化學系/博士(2010年)

摘要

在本論文中，我們建構一超快時間解析克爾光閘螢光光譜儀對電子給體-受體錯合物進行電荷再結合動態學的研究。此時間解析螢光光譜儀的建構是依據optical Kerr effect原理，藉由飛秒雷射脈衝誘發Kerr medium的瞬間雙折射性，建構光學克爾光閘進行時間解析螢光光譜的實驗。此光譜儀的儀器響應時間主要受限於所使用的Kerr medium，在本論文中，我們分別以厚度為0.5、1、2 mm的液態苯為Kerr medium進行實驗，此時系統之有效時間解析度分別約為0.38、0.55、0.8 ps。
利用上述的時間解析螢光光譜儀，我們首先研究tetracyanoethylene-benzene (TCNE-BEN)錯合物於不同極性溶劑(CH2Cl2及CCl4)中的電荷再結合動態學，我們以飛秒雷射脈衝垂直激發錯合物的電荷轉移吸收譜帶，經由時間解析螢光光譜的分析可以瞭解到激發態錯合物於此二種溶劑中的起始動態學主要由快速的solvation以及vibrational cooling作用所支配，接著為較慢的電荷再結合反應淬息電荷轉移激發態螢光，TCNE-BEN錯合物於CH2Cl2以及
CCl4溶劑中的回覆電子轉移速率時間常數分別為21 ps以及150 ps。
本論文的第二個研究主題是同樣以TCNE為電子受體，但選擇不同的電子給體來改變錯合物內電子轉移反應的自由能變化( )，藉由此方式探討改變 時，會對此類錯合物的回覆電子轉移速率有何影響，我們所選擇的電子給體包含了 : 甲苯、對二甲苯、1,3,5-三甲基苯
、1,2,4,5-四甲基苯、五甲基苯、六甲基苯。以相同方法對此系列錯合物進行研究，我們發現回覆電子轉移速率隨著自由能的增加而變慢，所以，此系列錯合物的回覆電子轉移反應位於Marcus inverted region內。
本論文的第三個研究主題為於CCl4溶劑中，利用調變電子給體濃度的方式改變TCNE分子周圍的環境，甚至將TCNE直接溶於benzene溶劑中。我們發現隨著電子給體濃度的增加，放光波峰會漸進式的紅位移而且回覆電子轉移速率也漸進式的增快，當TCNE直接溶於benzene溶劑時，回覆電子轉移速率達到最大值，時間常數約為8 ps。藉由觀測靜態、瞬時光譜的變化，我們發現激發TCNE於benzene樣品溶液時，初始激發主要仍是一對一TCNE-BEN電子躍遷，形成激發態TCNE--(BEN)+錯合物，之後再經由電荷移散的現象形成較大的TCNE--(BEN)2+錯合物，而加快了回覆電子轉移速率。

關鍵字

電子給體-受體錯合物 ； 時間解析克爾光閘螢光光譜

參考文獻

Chapter 1

1.Paul F. Barbara, Thomas J. Meyer, Mark A. Ratner, J. Phys. Chem. 100, 13148

3. A. M. Kuznetzov, J. Ulstrup, Electron Transfer in Chemistry and Biology : an

4. H. Taube, Electron Transfer Reactions in Solution; Academic : New York,

5. M. Gratzel, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry