Quantum-Chemical Studies on Excitation Energy Transfer Processes in BODIPY-Based Donor-Acceptor Systems.
Quantum-Chemical Studies on Excitation Energy Transfer Processes in BODIPY-Based Donor-Acceptor Systems.
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基于 BODIPY 的供体-受体系统中激发能量转移过程的量子化学研究
DOI：
10.1021/acs.jctc.5b00501
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发表时间：
2015
影响因子：
5.5
通讯作者：
C. M. Marian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
J. D. Spiegel;M. Kleinschmidt;A. Larbig;J. Tatchen;C. M. Marian
基于BODIPY的激发能量转移(EET)盒在实验上得到了广泛的研究，是研究光物理过程的优秀模型系统，因为它们存在于任何光合作用系统和有机光伏中。在本工作中，用单体跃迁密度法(MTD)和理想偶极近似法(IDA)测定了五个以菲为施主的BODIPY基EET盒中的EET速率。为此，设计了一个新的计算机程序，该程序从通过对单体进行密度泛函和多参考组态相互作用(DFT/MRCI)计算而产生的跃迁密度矩阵计算激子耦合(EC)矩阵元的直接贡献和交换贡献。根据Ec的费米黄金规则和光谱重叠计算了EET率，光谱重叠分别由施主和受主的振动分辨发射光谱和吸收光谱得到。我们发现，在所研究的EET盒式磁带中，对EC矩阵元素的直接贡献占主导地位。此外，我们还证明了分子连接体对EET速率的贡献是不可忽略的。在我们最好的片段模型中，分子连接物连接到供体部分。对于施主和受主的跃迁偶极矩平行取向的盒式磁带，我们的结果证实了Kim等人的实验结果。作者声明：[J.Phys.化学。A2006,110，20-27]。在施主和受主跃迁偶极矩垂直取向的盒式磁带中，动态效应是很重要的。
BODIPY-based excitation energy transfer (EET) cassettes are experimentally extensively studied and serve as excellent model systems for the investigation of photophysical processes, since they occur in any photosynthetic system and in organic photovoltaics. In the present work, the EET rates in five BODIPY-based EET cassettes in which anthracene serves as the donor have been determined, employing the monomer transition density approach (MTD) and the ideal dipole approximation (IDA). To this end, a new computer program has been devised that calculates the direct and exchange contributions to the excitonic coupling (EC) matrix element from transition density matrices generated by a combined density functional and multireference configuration interaction (DFT/MRCI) calculation for the monomers. EET rates have been calculated according to Fermi’s Golden Rule from the EC and the spectral overlap, which was obtained from the calculated vibrationally resolved emission and absorption spectra of donor and acceptor, respectively. We find that the direct contribution to the EC matrix element is dominant in the studied EET cassettes. Furthermore, we show that the contribution of the molecular linker to the EET rate cannot be neglected. In our best fragment model, the molecular linker is attached to the donor moiety. For cassettes in which the transition dipole moments of donor and acceptor are oriented in parallel manner, our results confirm the experimental findings reported by Kim et al. [J. Phys. Chem. A2006,110, 20–27]. In cassettes with a perpendicular orientation of the donor and acceptor transition dipole moments, dynamic effects turn out to be important.
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