Triplet–Triplet Annihilation Upconversion in a Porphyrinic Molecular Container

光子上转换 化学 光化学 容器(类型理论) 消灭 三重态 分子 核物理学 有机化学 离子 机械工程 物理 工程类
作者
Hongliang Chen,Indranil Roy,Michele S. Myong,James S. W. Seale,Kang Cai,Yang Jiao,Wenqi Liu,Bo Song,Long Zhang,Xingang Zhao,Yuanning Feng,Fangjun Liu,Ryan M. Young,Michael R. Wasielewski,J. Fraser Stoddart
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (18): 10061-10070 被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13846
摘要

Triplet-triplet annihilation-based molecular photon upconversion (TTA-UC) is a photophysical phenomenon that can yield high-energy emitting photons from low-energy incident light. TTA-UC is believed to fuse two triplet excitons into a singlet exciton through several consecutive energy-conversion processes. When organic aromatic dyes─i.e., sensitizers and annihilators─are used in TTA-UC, intermolecular distances, as well as relative orientations between the two chromophores, are important in an attempt to attain high upconversion efficiencies. Herein, we demonstrate a host-guest strategy─e.g., a cage-like molecular container incorporating two porphyrinic sensitizers and encapsulating two perylene emitters inside its cavity─to harness photon upconversion. Central to this design is tailoring the cavity size (9.6-10.4 Å) of the molecular container so that it can host two annihilators with a suitable [π···π] distance (3.2-3.5 Å). The formation of a complex with a host:guest ratio of 1:2 between a porphyrinic molecular container and perylene was confirmed by NMR spectroscopy, mass spectrometry, and isothermal titration calorimetry (ITC) as well as by DFT calculations. We have obtained TTA-UC yielding blue emission at 470 nm when the complex is excited with low-energy photons. This proof-of-concept demonstrates that TTA-UC can take place in one supermolecule by bringing together the sensitizers and annihilators. Our investigations open up some new opportunities for addressing several issues associated with supramolecular photon upconversion, such as sample concentrations, molecular aggregation, and penetration depths, which have relevance to biological imaging applications.
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