Einzelmolekülspektroskopie an Rylendiimiden und einigen Derivaten
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Die konfokale Fluoreszenzmikroskopie ist eine sehr empfindliche Methode, die die Detektion und die Untersuchung einzelner Moleküle ermöglicht. Dadurch können die Ensemble-Mittelung umgangen und Informationen über die Verteilung der untersuchten Parameter erhalten werden. Vor allem die Triplett-Kinetik kann dabei wichtige Informationen über die Lage der elektronischen Energiezustände und den Einfluss der Strukturveränderungen auf Moleküleigenschaften liefern.
In dieser Arbeit wurde durch den paarweisen Vergleich von Farbstoffmolekülen aus der Gruppe der Rylendiimide sowie deren Derivate der Einfluss der Strukturerweiterung, Deuterierung und Dimerisierung auf die Eigenschaften der Farbstoffmoleküle untersucht.
Die Strukturerweiterung des DpNPDI verglichen mit TDI führt nur zu einer geringen Veränderung der Lage und Form der Absorptions- und Emissionsspektren, aber zu einer starken Veränderung der Triplett-Kinetik und Photostabilität, was vermutlich auf eine Veränderung der Energien der Triplett-Niveaus T1 und T2 zurückzuführen ist.
Die Deuterierung des QDI führt nicht zu der erwarteten Zunahme der Fluoreszenzlebensdauer und der Fluoreszenzquantenausbeute, wofür Übergänge in einen doppelt angeregten Ag-Zustand als mögliche Ursache ausgemacht wurde.
Im TDI-Dimer wurde zum ersten Mal intramolekulare „singlet fission“ (SF, Singulettspaltung) auf dem Einzelmolekülniveau beobachtet, während beim homologen PDI-Dimer dieser Prozess nicht oder nur sehr ineffizient auftritt. Die aus der Analyse der Fluoreszenzautokorrelationsfunktion bestimmten Raten der SF-induzierten Population ungekoppelter Triplettzustände zeigen eine breite Verteilung, die auf eine beachtliche statische Heterogenität der SF verweist. Die bei beiden Dimeren beobachtete „starke“ vibronische Kopplung führt zu einer nur geringen Veränderung in der Energielage des T1-Zustands sowie bei TDI-Dimer zu einer Nullfeldaufspaltung des T1-Zustands ähnlich wie beim TDI-Monomer.