Nonadiabatic Dynamics Simulation of the Wavelength-Dependent Photochemistry of Azobenzene Excited to the nπ* and ππ* Excited States

偶氮苯 化学 激发态 光化学 激发 异构化 偶极子 量子产额 波长 化学物理 分子物理学 原子物理学 分子 物理 光学 量子力学 荧光 有机化学 催化作用
作者
Jimmy K. Yu,Christoph Bannwarth,Ruibin Liang,Edward G. Hohenstein,Todd J. Martı́nez
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (49): 20680-20690 被引量:58
标识
DOI:10.1021/jacs.0c09056
摘要

Azobenzene is one of the most ubiquitous photoswitches in photochemistry and a prototypical model for photoisomerizing systems. Despite this, its wavelength-dependent photochemistry has puzzled researchers for decades. Upon excitation to the higher energy ππ* excited state instead of the dipole-forbidden nπ* state, the quantum yield of isomerization from trans- to cis-azobenzene is halved. The difficulties associated with unambiguously resolving this effect both experimentally and theoretically have contributed to lasting controversies regarding the photochemistry of azobenzene. Here, we systematically characterize the dynamic photoreaction pathways of azobenzene by performing first-principles simulations of the nonadiabatic dynamics following excitation to both the ππ* and the nπ* states. We demonstrate that ground-state recovery is mediated by two distinct S1 decay pathways: a reactive twisting pathway and an unreactive planar pathway. Increased preference for the unreactive pathway upon ππ* excitation largely accounts for the wavelength-dependent behavior observed in azobenzene.

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