Exciton Transfer Between Extended Electronic States in Conjugated Inter-Polyelectrolyte Complexes

材料科学 激子 离域电子 化学物理 电子结构 共轭体系 聚电解质 带隙 电子转移 离子键合 纳米技术 光电子学 光化学 计算化学 聚合物 有机化学 物理 离子 化学 量子力学 复合材料
作者
Rachael Richards,Yuqi Song,Luke R. O’Connor,Xiao Wang,Eric A. Dailing,Arthur E. Bragg,Alexander L. Ayzner
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.3c14657
摘要

Artificial light harvesting, a process that involves converting sunlight into chemical potential energy, is considered to be a promising part of the overall solution to address urgent global energy challenges. Conjugated polyelectrolyte complexes (CPECs) are particularly attractive for this purpose due to their extended electronic states, tunable assembly thermodynamics, and sensitivity to their local environment. Importantly, ionically assembled complexes of conjugated polyelectrolytes can act as efficient donor–acceptor pairs for electronic energy transfer (EET). However, to be of use in material applications, we must understand how modifying the chemical structure of the CPE backbone alters the EET rate beyond spectral overlap considerations. In this report we investigate the dependence of the EET efficiency and rate on the electronic structure and excitonic wave function of the CPE backbone. To do so, we synthesized a series of alternating copolymers where the electronic states are systematically altered by introducing comonomers with electron withdrawing and electron-rich character while keeping the linear ionic charge density nearly fixed. We find evidence that the excitonic coupling may be significantly affected by the exciton delocalization radius, in accordance with analytical models based on the line-dipole approximation and quantum chemistry calculations. Our results imply that care should be taken when selecting CPE components for optimal CPEC EET. These results have implications for using CPECs as key components in water-based light-harvesting materials, either as standalone assemblies or as adsorbates on nanoparticles and thin films.

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