Научный руководитель
Исследование динамики сверхбыстрого разделения зарядов в фотовозбужденных молекулярных триадах
Волгоградский государственный университет
Представлены результаты исследования квазистационарной динамики сверхбыстрого разделения зарядов в фотовозбужденных донорно-акцепторных триадах, находящихся в полярном растворителе. Получено аналитическое выражение для вероятности сверхбыстрого разделения зарядов. Показано, что горячий перенос электрона с первичного акцептора на вторичный, протекающий параллельно с релаксацией полярного растворителя, зависит от угла между направлениями координат реакции, соответствующих переносу электрона на первичный акцептор и с первичного акцептора на вторичный.
В рамках квазистационарной многомерной стохастической модели [1-4] исследуется динамика сверхбыстрого фотоиндуцированного разделения зарядов в молекулярной системе, включающей донор (P) и 2 акцептора (
,
). Примером такой молекулярной наноструктуры является фотосинтезирующий реакционный центр, в котором под воздействием света происходит последовательный перенос электрона по цепочке вторичных акцепторов.
Рис.1.
| Модель учитывать: реорганизацию растворителя, внутримолекулярную колебательную релаксацию промежуточ - ного ( |
(1)
) и конечного (
) состояний продуктов реакции, а также релаксацию среды, причем эта релаксация описывается несколькими временами 
, 
, что требует рассмотрения нескольких координат реакции (
, i=1,…,N). Поверхности свободной энергии для рассматриваемый состояний триады имеют вид:
,
Здесь Eri – энергия реорганизации для i-ой моды с временем релаксации 
и весом 
, 
. Параметры 
и 
определяют движущие силы для первичной и вторичной стадии разделения зарядов (схема 1, рис. 1).
Система квазистационарных стохастических уравнений для функций распределения 
(
) рассматриваемых состояний триады решалась аналитически с использованием Фурье-преобразования [1,2]. В одномерном случае было получено аналитическое выражение для вероятности горячего переноса электрона на вторичный акцептор, учитывающее колебательную релаксацию как промежуточных, так и конечных продуктов реакции [3] и сделано обобщение на случай нескольких времен релаксации среды [4]:
. (2)
Здесь 
, 
ве-роятности переходов на каждой стадии (схема 1) , 
и 
электронные матричные элементы, 
и 
параметры неадиабатичности
, 
,
факторы колебательной релаксации про - дуктов реакции (
); 
, T температура, 
постоян - ная Больцмана, 
постоянная Планка. Параметры 
= 
определяют наклоны термов в точках их пересечения 
, 
. Численное исследование показало: (1) в растворителях с двумя временами релаксации (N=2) вероятность горячего переноса электрона с первичного акцептора на вторичный 
всегда больше, чем в растворителях с одноэкспоненциальной релаксацией; (2) колебательная релаксация конечного состояния молекулярной триады увеличивает эту вероятность; (3) зависит от угла между направлениями координат реакции, соответствующих переносу электрона на первичный акцептор и с первичного акцептора на вторичный.
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 14-03-97044).
Список литературы
1. Ivanov A. I., Potovoi V. V. // Chem. Phys. 1999. V. 247. P.245-259.
2. Mikhailova V. A., Ivanov A. I. // J. Phys. Chem. C. 2007. V.111. P. 4445-4451.
3. А, Михайлова III Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные науки сегодня», 22-23 мая 2014, North Charleston, USA. Т.2. С.123-124.
4. Mikhailova T. V., Ermolenko I. P., Mikhailova E. A., Mikhailova V. A. Материалы VI международной научно-практической конференции «Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки», 3-4 августа 2015, North Charleston, USA. С. 206-209.
