Resonance Raman Spectroscopy and Scanning Probe Microscopy of Light-Harvesting Chromophore Aggregates

光捕获发色团聚集体的共振拉曼光谱和扫描探针显微镜

基本信息

  • 批准号:
    0848511
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 61.94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-03-01 至 2012-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In this project supported by the Experimental Physical Chemistry Program, Professors Jeanne McHale and Ursula Mazur will perform spectroscopic and scanning probe measurements to investigate the link between excited state properties of light harvesting aggregates (LHAs) and their supramolecular structures. Resonance Raman spectroscopy, atomic force microscopy, and scanning tunneling microscopy (STM) will address the following questions: (1) How do details of molecular structure (nonplanarity, presence of metal ions, charge, etc.) influence LHA morphology (nanorods, nanorings, helices, etc.) on nano- and meso-scopic length scales? (2) How do optical and electronic properties depend on molecular and supramolecular structure? (3) For fractal aggregates, how are the sub-units assembled and what is the nature of the electronic communication between them? (4) What is the extent of structural heterogeneity in the ensemble of LHAs and how is it reflected in the optical spectra? In this collaborative research, the McHale lab will measure and analyze Raman excitation profiles of LHAs to reveal excitonic coupling. The surface-enhanced resonance Raman signal of LHAs on noble metals will be optimized in order to obtain Raman spectra of individual LHAs. The Mazur lab will obtain high-resolution STM images of self-assembled aggregates composed of molecules with varying degrees of nonplanarity to probe its role in directing the formation of closed rings similar to those found in photosynthetic organisms. In addition, they will use orbital mediated tunneling spectroscopy to image the delocalized orbitals associated with electron transport at molecular and submolecular resolution. The LHAs of interest in this work have applications in molecular electronics, as sensors, and in solar energy conversion. Fundamental studies of the link between aggregate morphology, molecular structure, and optical and electronic properties of the assembly will enable these properties to be tuned for a particular application, borrowing ideas from nature where the structures of LHAs are optimized to collect and funnel solar energy to the reaction center. In addition to training diverse graduate and undergraduate students as they have in the past, the PI and co-PI will use the proposed research as a vehicle for outreach to area Native American and Hispanic students by participating in WSU's "Pumping up the Math and Science Pipeline". This program engages high-risk high school students in research projects in plant science and alternative energy.
在这个由实验物理化学计划支持的项目中,Jeanne McHale和Ursula Mazur教授将进行光谱和扫描探针测量,以研究捕光聚集体(LHAs)的激发态性质与其超分子结构之间的联系。 共振拉曼光谱、原子力显微镜和扫描隧道显微镜(STM)将解决以下问题:(1)分子结构的细节(非平面性、金属离子的存在、电荷等)如何影响分子结构的稳定性?影响LHA形态(纳米棒、纳米环、螺旋等)在纳米和介观尺度上 (2)分子和超分子结构如何决定光学和电子性质?(3)对于分形聚集体,子单元是如何组装的,它们之间的电子通信的性质是什么?(4)LHAs系综的结构异质性程度如何?它如何反映在光谱中? 在这项合作研究中,McHale实验室将测量和分析LHA的拉曼激发分布,以揭示激子耦合。 将优化LHA在贵金属上的表面增强共振拉曼信号,以获得单个LHA的拉曼光谱。 Mazur实验室将获得由具有不同程度非平面性的分子组成的自组装聚集体的高分辨率STM图像,以探索其在指导形成类似于光合生物中发现的闭环中的作用。 此外,他们将使用轨道介导的隧道光谱成像与电子传输在分子和亚分子分辨率的离域轨道。 在这项工作中感兴趣的LHAs在分子电子学,传感器和太阳能转换中有应用。 对聚集体形态、分子结构以及组装体的光学和电子性质之间联系的基础研究将使这些性质能够针对特定应用进行调整,从大自然中借用想法,其中LHA的结构被优化以收集和汇集太阳能到反应中心。除了培训不同的研究生和本科生,因为他们在过去,PI和合作PI将使用拟议的研究作为一种工具,通过参与WSU的“泵了数学和科学管道”的推广到地区美洲原住民和西班牙裔学生。该计划让高风险的高中生参与植物科学和替代能源的研究项目。

项目成果

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