Efectos de la distancia de separación entre dos estados triplet producidos por fisión singlet intramolecular en el...

Área de la Ciencia:

• Fotoquímica y Ciencias de los Materiales
• Productos electrónicos orgánicos
• Conversión de energía

Sus antecedentes:

• La fisión de singlet (SF) es un mecanismo prometedor para mejorar la eficiencia de las células solares mediante la generación de múltiples excitones a partir de un solo fotón.
• La recolección eficiente de dos excitones triplet a través de la transferencia de dos electrones es crucial para maximizar los beneficios de SF.
• La comprensión de los factores que rigen el proceso de transferencia de dos electrones es esencial para optimizar las tecnologías basadas en SF.

Objetivo del estudio:

• Investigar los factores clave que influyen en el proceso de transferencia de dos electrones de los excitones triplet de fisión singleta intramolecular (iSF).
• Evaluar la eficiencia y la cinética de la transferencia de dos electrones en una serie de oligómeros de tetraceno (dimero, trímero, tetramero) con un aceptor TCNQ.
• Para aclarar el papel de la repulsión de Coulomb y la distancia entre tripletes en la eficiencia de transferencia de dos electrones.

Principales métodos:

• Se utilizó la espectroscopia de absorción/fluorescencia de estado estacionario y transitorio para estudiar la iSF y la posterior transferencia de dos electrones.
• Se empleó una serie de oligómeros de tetraceno (dimero, trímero, tetramero) y 7,7,8,8-tetracianoquinodimetano (TCNQ) como aceptor de electrones.
• Se realizaron cálculos teóricos para determinar el cambio de energía libre (ΔG) de la transferencia de segundo electrón.

Principales resultados:

• Se logró una transferencia cuantitativa de dos electrones en sistemas de trímero y tetrámero, con tasas más rápidas observadas para el tetrámero.
• Se observó una eficiencia máxima relativamente baja (∼47%) para la transferencia de dos electrones en el sistema de dímeros.
• Los valores calculados de ΔG (-0,024 eV para el dimer, -0,061 eV para el trimer, -0,074 eV para el tetramer) se correlacionan con las eficiencias experimentales, lo que indica que ΔG más cercano a cero dificulta la transferencia.
• Las diferencias en ΔG se atribuyen a diferentes energías repulsivas de Coulomb, dependientes de las distancias entre tripletes dentro de los oligómeros.

Conclusiones:

• Se demostró que la energía repulsiva de Coulomb, influenciada por la distancia entre tripletes, es un factor crítico que controla la eficiencia de transferencia de dos electrones de los excitones tripletes iSF.
• La menor eficiencia del dímer está relacionada con un valor de ΔG más cercano a cero, derivado de una mayor repulsión de Coulomb debido a una distancia intertriplet más corta.
• Estos hallazgos proporcionan información crucial para el diseño de sistemas moleculares para la recolección eficiente de múltiples excitones a través de la fisión de singlet.