Toward Improved Charge Separation through Conformational Control in Copper Coordination Complexes

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作者
Paul J. Griffin,Bronte J. Charette,John H. Burke,Josh Vura‐Weis,Richard D. Schaller,David J. Gosztola,Lisa Olshansky
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (27): 12116-12126 被引量:21
标识
DOI:10.1021/jacs.2c02580
摘要

The continued development of solar energy as a renewable resource necessitates new approaches to sustaining photodriven charge separation (CS). We present a bioinspired approach in which photoinduced conformational rearrangements at a ligand are translated into changes in coordination geometry and environment about a bound metal ion. Taking advantage of the differential coordination properties of CuI and CuII, these dynamics aim to facilitate intramolecular electron transfer (ET) from CuI to the ligand to create a CS state. The synthesis and photophysical characterization of CuCl(dpaaR) (dpaa = dipicolylaminoacetophenone, with R = H and OMe) are presented. These ligands incorporate a fluorophore that gives rise to a twisted intramolecular charge transfer (TICT) excited state. Excited-state ligand twisting provides a tetragonal coordination geometry capable of capturing CuII when an internal ortho-OMe binding site is present. NMR, IR, electron paramagnetic resonance (EPR), and optical spectroscopies, X-ray diffraction, and electrochemical methods establish the ground-state properties of these CuI and CuII complexes. The photophysical dynamics of the CuI complexes are explored by time-resolved photoluminescence and optical transient absorption spectroscopies. Relative to control complexes lacking a TICT-active ligand, the lifetimes of CS states are enhanced ∼1000-fold. Further, the presence of the ortho-OMe substituent greatly enhances the lifetime of the TICT* state and biases the coordination environment toward CuII. The presence of CuI decreases photoinduced degradation from 14 to <2% but does not result in significant quenching via ET. Factors affecting CS in these systems are discussed, laying the groundwork for our strategy toward solar energy conversion.
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