Noncovalent Dualism in Perylene-Diimide-Based Keggin Anion Complexes: Theoretical and Experimental studies

化学 二亚胺 超分子化学 结晶学 拉曼光谱 分子 密度泛函理论 堆积 发光 非共价相互作用 晶体结构 计算化学 有机化学 氢键 光学 物理 光电子学
作者
Victoria G. Popova,Leonid V. Kulik,Rimma I. Samoilova,Dmitri V. Stass,Vasily V. Kokovkin,Evgeni M. Glebov,Alexey S. Berezin,Alexander S. Novikov,Aura Garcia,Tuan‐Hoang Tran,Raúl D. Rodriguez,Maxim N. Sokolov⧫,Pavel A. Abramov⧫
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (48): 19677-19689 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c03030
摘要

We report the synthesis and comprehensive characterization of organic-inorganic hybrid salts formed by bis-cationic N,N'-bis(2-(trimethylammonium)ethylene)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid bisimide (PTCD2+) and Keggin-type [XW12O40]n- (X = Si, n = 4; X = P, n = 3) polyoxometalates. (PTCD)3[PW12O40]2·3DMSO·2H2O (2) and (PTCD)2[SiW12O40]·DMSO·2H2O (3) were structurally characterized by single crystal X-ray diffraction. The cations in both structures exhibited infinite chainlike arrangements through π-π interactions, contrasting with the previously reported cation-anion stacking observed in naphthalene diimide derivatives. A detailed theoretical study employing topological analysis of the electron density distribution within the quantum theory of atoms in molecules approach provided further insights into this structural dualism. Atomic force microscopy analyses revealed the formation of self-assembled supramolecular structures on graphite from molecular monolayers (3 nm of thick) to submicrometer aggregates for 2. Hyperspectral Raman spectroscopy imaging revealed that such heterostructures are likely formed by an enhanced π-π interactions. Both complexes demonstrated interesting electrochemical behavior, photoluminescence and X-ray-induced luminescence. Electron spin resonance analysis confirmed charge separation in both compounds, with enhanced efficiency observed in compound 2. Our findings of these perylene-based organic-inorganic hybrid salts offer the potential for their application in optoelectronic devices and functional materials.
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