"Mobilitas Pluss Postdoctoral Researcher Grant / Mobilitas Pluss järeldoktoritoetus" projekt MOBJD69
MOBJD69 "Femtosekundiline mitme-footoni neeldumise spektroskoopia uleminekugrupi metallide kompleksites (1.03.2017−28.02.2019)", Charlie Stark, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut.
MOBJD69
Femtosekundiline mitme-footoni neeldumise spektroskoopia uleminekugrupi metallide kompleksites
Femtosecond multi-photon spectroscopy of transition metal complexes
1.03.2017
28.02.2019
Teadus- ja arendusprojekt
Mobilitas Pluss Postdoctoral Researcher Grant / Mobilitas Pluss järeldoktoritoetus
ValdkondAlamvaldkondCERCS erialaFrascati Manual’i erialaProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP400 Füüsikaline keemia1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)100,0
AsutusRollPeriood
Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituutkoordinaator01.03.2017−28.02.2019
PerioodSumma
01.03.2016−28.02.201972 010,00 EUR
72 010,00 EUR

Organometallistel ja mittekovalentselt seotud koordinatsioonkompleksitel põhivenad materjalid evivad väärtuslikke fotofüüsikalisi ja elektrlisi omadusi, mis võimaldavad efektiiselt eraldada ja transportida fotoergastusel (näiteks päikesevalguse neeldumisel) tekkivaid laenguid. Projekt hõlmab eksperimente kus uuritaks Ru(bpy)3 and Ru(phen)3 ja analoogilisi üleminekugrupi metallidel põhinevaid ühendeid ning määratakse nende molekulide elektilise dipoolmomendi muutus, mis kaasneb kvantsiirdega põhiseisundist ergastatud elektronseisundisse. Molekulaarne dipoolmoment on üks määravatest parameetritest uudsete fotogalvaaniliste elementide ja OLED arendamisel, mis on omakorda aluseks säästvale energeetikale. Erinevalt kasutuses olevatest meetoditest nagu Starki nihke spektroskoopia arendavad k.o. eksperimentid uudset meetodit, kus dipoolmoment määratakse femtosekundlaseriga valgustamisel tekitatud kahe footoni neeldumise kaudu, parandades seega oluliselt mõõtmiste täpsust.
Materials comprising complexes of transition metals with organic moieties possess unique properties that are instrumental for efficient light-induced charge separation and charge transport, and thus play increasingly important roles in the developing low-cost, versatile organic photovoltaic and light-emitting devices. This experimental project will study Ru(bpy)3 and Ru(phen)3 and related organometallic systems by determining the molecular electric dipole change in the metal to ligand charge transfer (MLCT) transition using a novel technique based on the quantitative determination of absolute femtosecond two-photon absorption cross section, and which facilitates determination of the dipole moment change with improved accuracy and fidelity compared to the traditional techniques such as Stark shift spectroscopy. This study contributes to improved materials and devices for the future sustainable energy production and lighting solutions.
Uurimustöös mõõdeti suure täpsusega kahe metallorgaanilise kompleksi - [Ru(bpy)3]2+ ja [Ru(phen) 3]2+ - kahefotoonseid spektreid kaheksas erinevas lahustis, mõõtmistulemuste kohaselt on mõlemal ühendil sarnased neeldumisspektrid. Määrati elektrilise dipoolmomendi muutus laengu ülekandel metallilt ligandile (MLCT) ning leiti, et uuritud kompleksidel on see kõikides lahustites sarnane. Mõlema ühendi neeldumisomaduste modelleerimine kvantkeemiliste meetoditega näitas, et MLCT tüüpi laengu ülekandesse on kaasatud kõdunud ergastuste paar. Ideaalsel juhul (vaakumis) on kummalgi komponendil antiparalleelsed dipoolmomendi vektorid ja seetõttu summaarne dipoolmoment on null, kuid läheduses olevate lahusti molekulide mõjul orienteeruvad kõdunud ergastuste dipoolmomendi vektorid ümber ning nende summa annab märkimisväärse dipoolmomendi. Lineaarse- ja ringpolariseeritud ergastuste mõõtmistel saadud kahefotoonsete neeldumisspektrite suhe kinnitas moonutatud dipolaarsete nurkade olemasolu. Meie mudel on esimene, mis kirjeldab laengute eraldumist uuritud metallorgaanilistes ühendites. See teave aitab disainida päikeseelemente ja katalüsaatoreid, mis põhinevad sarnastel metalliühenditel. Laiemas perspektiivis võivad meie leiud viia uudse meetodi välja töötamiseni, mis juhib elektrostaatilisi interaktsioone molekulaarsel tasandil, kontrollides kvaasi-kõdunud energiatasemete omadusi. Uurimistöö tulemusi on tutvustatud erinevatel konverentsidel ning on avaldatud ka vastav konverentsiartikkel. Samuti on esitatud artikkel avaldamiseks eelretsenseeritavas ajakirjas Journal of Physical Chemistry Letters. Uurimisperioodi käigus arendati välja mitmefotoonne spektromeeter, mis suudab suure läbilaskevõimega mõõta proovide täpseid ristlõike-spektreid, vähendades nii tulevasteks mõõtmisteks kuluvat aega ja võimaldades laboril kujuneda keskuseks mitmefotoonsete mõõtmiste vallas, pakkudes koostöövõimalust valdkonnast huvitatud teadlastele.