Теория нестационарных спектров в системах со сверхбыстрыми фотохимическими процессами

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-13-10122

НазваниеТеория нестационарных спектров в системах со сверхбыстрыми фотохимическими процессами

Руководитель Иванов Анатолий Иванович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный университет" , Волгоградская обл

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-504 - Электронно-возбужденные системы, фотохимия, радиационная химия, спиновая химия

Ключевые слова Перенос заряда, нестационарные спектры, фотохимия, химическая динамика, электронные переходы

Код ГРНТИ31.15.29 31.15.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В проекте предлагается разработать новый подход к исследованию динамики сверхбыстрого фотоиндуцированного переноса заряда в растворах. Для этого на базе разработанной ранее многоканальной стохастической модели будет создана теория сверхбыстрых фотохимических процессов, включающая явное описание всех их стадий: фотовозбуждение и зондирование, процессы разделения (переноса) и рекомбинации зарядов, а также эволюцию ядерной подсистемы (медленные моды растворителя и высокочастотные квантовые внутримолекулярные колебательные моды). Данная теория способна описывать динамику сверхбыстрых процессов, протекающих параллельно с релаксацией ядерной подсистемы реагентов и окружающей среды. Принципиальная новизна заключается в том, что будут рассчитываться не только химическая динамика, но и нестационарные спектры, получаемые по схеме «возбуждение-зондирование». Возможность их моделирования обусловлена тем, что в предлагаемом подходе рассчитываются функции распределения частиц во всех возможных квантовых состояниях реагентов, промежуточных и конечных продуктов, в которых содержится вся необходимая информация для расчета нестационарных спектров. Разработка этого подхода представляется существенным шагом вперед, потому что он даст возможность количественно интерпретировать нестационарные спектры и получать недоступную ранее информацию о детальном механизме сверхбыстрых фотохимических процессов. Знание этих механизмов позволит выйти на новый уровень управления скоростями образования продуктов и их выходами. Таким образом, ожидаемые результаты исследований в рамках предлагаемого проекта достижимы и существенно превышают современный мировой уровень. В настоящее время во всем мире наблюдается быстрый рост числа лабораторий, в которых проводятся исследования фотохимических процессов с применением спектроскопии высокого временного разрешения. При этом анализ нестационарных спектров, как правило, проводится в рамках предположения о пропорциональности измеряемого сигнала населенности соответствующего электронного состояния, что может быть оправдано только в случаях, когда полоса поглощения из данного состояния не перекрывается с другими полосами и релаксация ядерной системы слабо влияет на величину сигнала. В случае сверхбыстрых фотохимических процессов эта стратегия применима лишь для узкого круга молекулярных систем, что сильно ограничивает возможности интерпретации результатов экспериментов. Кроме того, недавно экспериментальные исследования были расширены путем использования инфракрасного зондирующего импульса. Результаты этих экспериментов дают уникальную информацию о путях перехода электронной энергии в колебательную и последующем ее перераспределении. Теоретический анализ получаемых таким образом нестационарных спектров еще не выполнялся. Таким образом, теория, позволяющая рассчитывать нестационарные спектры, является востребованной, а ее разработка – актуальной проблемой. Достижимость планируемых результатов проекта гарантируется тем, что предлагаемый подход является естественным дальнейшим развитием моделей сверхбыстрых фотоиндуцированных процессов переноса заряда, разработанных нашей группой, и большим опытом коллектива в компьютерном моделировании процессов такого типа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Михайлова Т.В., Михайлова В.А., Иванов А.И. Dynamic Solvent Effect on Ultrafast Charge Recombination Kinetics in Excited Donor−Acceptor Complexes Journal of Physical Chemistry B, Vol.120, pp.11987−11995 (год публикации - 2016)
10.1021/acs.jpcb.6b09363

2. Назаров А.Е., Малыхин Р.Е., Иванов А.И. Free-Energy-Gap Law for Ultrafast Charge Recombination of Ion Pairs Formed by Intramolecular Photoinduced Electron Transfer Complexes. The Journal of Physical Chemistry B, V. 121, № 3, P. 589–598 (год публикации - 2017)
10.1021/acs.jpcb.6b10550

3. Хохлова С.С. Delayed ﬂuorescence after reversible triplet ionization. Computational and theoretical chemistry, 1099, 109-115 (год публикации - 2017)
10.1016/j.comptc.2016.11.019

4. Назаров А.Е., Федунов Р.Г., Иванов А.И. Principals of simulation of ultrafast charge transfer in solution within the multichannel stochastic point-transition model Computer Physics Communications, V. 210, P. 172-180 (год публикации - 2017)
10.1016/j.cpc.2016.09.015

5. Михайлова В.А., Феськов С.В., Иванов А.И Nonequilibrium effects in photoinduced ultrafast charge transfer reactions International Journal of Chemical and Molecular Engineering, Vol.3, N9, 2016 (год публикации - 2016)

6. Иванов А.И., Дерека Б., Вотэ Э. A simple model of solvent-induced symmetry-breaking charge transfer in excited quadrupolar molecules. Journal of Chemical Physics, V. 146, № 16, P. 164306 (год публикации - 2017)
10.1063/1.4982067

7. Федунов Р.Г., Плотникова А.В., Иванов А.И., Вотэ Э. Simulations of the Ultrafast Transient Absorption Dynamics of a Donor-Acceptor Biaryl in Solution. The Journal of Physical Chemistry A, V. 121, № 2, P. 471–481 (год публикации - 2017)
10.1021/acs.jpca.6b11581

8. Феськов С.В., Михайлова В.А., Иванов А.И. Non-equilibrium effects in ultrafast photoinduced charge transfer kinetics Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, V. 29, P. 48-72 (год публикации - 2016)
10.1016/j.jphotochemrev.2016.11.001

Публикации

1. А.Е. Назаров, А.И. Иванов Excitation Frequency Dependence of Ultrafast Photoinduced Charge Transfer Dynamics. International Journal of Chemical Kinetics, Том: 49 Выпуск: 11, Стр.: 810-820 (год публикации - 2017)
10.1002/kin.21129

2. В.А. Михайлова, А.И. Иванов Effect of Reactant and Product State Decay on Ultrafast Charge-Transfer Kinetics: Violation of the Principle of Independence of Elementary Chemical Reactions JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C, Том: 121 Выпуск: 38 Стр.: 20629-20639 (год публикации - 2017)
10.1021/acs.jpcc.7b06106

3. А.Е. Назаров, Г.Г. Елоев, А.И. Иванов Effect of charge separation free energy gap on the rate constant of ultrafast charge recombination in ion pairs formed by intramolecular photoinduced electron transfer. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, V. 358, P. 207-214 (год публикации - 2018)
10.1016/j.jphotochem.2018.03.017

4. С.В. Феськов Influence of Solvent and Intramolecular Relaxation on Dynamics of Luminescence Spectra in Donor–Acceptor Complexes Optika i Spektroskopiya, Том: 123 Выпуск: 5 Стр.: 699-704 (год публикации - 2017)
10.1134/S0030400X17090119

5. В.А. Михайлова, Р.Е. Малыхин, А.И. Иванов The effect of solvent relaxation time constants on free energy gap law for ultrafast charge recombination following photoinduced charge separation. Photochemical and Photobiological Sciences, V. 17, P. 607-616 (год публикации - 2018)
10.1039/C7PP00464H

6. Т.В. Михайлова, В.А. Михайлова, А.И. Иванов Verification of Nonequilibrium Mechanism of Ultrafast Charge Recombination in Excited Donor−Acceptor Complexes JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B, Том: 121 Выпуск: 17 Стр.: 4569-4575 (год публикации - 2017)
10.1021/acs.jpcb.7b02537

7. С.В. Феськов, А.И. Иванов Solvent-assisted multistage nonequilibrium electron transfer in rigid supramolecular systems: Diabatic free energy surfaces and algorithms for numerical simulations. Journal of chemical physics, V. 148, P. 104107 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5016438

Публикации

1. Феськов С.В. The Green’s function technique for numerical simulations of multichannel electron transfer reactions in electron-donor-acceptor complexes Computational and Theoretical Chemistry, V. 1145, P. 15-21 (год публикации - 2018)
10.1016/j.comptc.2018.10.007

2. Михайлова Т.В., Михайлова В.А., Иванов А.И. Modeling Kinetics of Ultrafast Photoinduced Intramolecular Proton-Coupled Electron Transfer J. Phys. Chem. C, V. 122, № 44, P. 25247-25259 (год публикации - 2018)
10.1021/acs.jpcc.8b09097

3. Феськов С.В., Рогозина М.В., Иванов А.И., Астер А., Кох М., Вотэ Э. Magnetic Field Effect on Ion Pair Dynamics upon Bimolecular Photoinduced Electron Transfer in Solution J. Chem. Phys. (год публикации - 2018)

4. Иванов А.И. Theory of Vibrational Spectra of Excited Quadrupolar Molecules with Broken Symmetry J. Phys. Chem. C (год публикации - 2018)
10.1021/acs.jpcc.8b10985

5. Бондарев С.Л., Тихомиров С.А., Буганов О.В., Кнюкшто В.Н., Галиновский Н.А., Федунов Р.Г., Хохлова С.С., Иванов А.И. Spectral Dynamics of Nitro-Derivatives of Xanthione in Solutions J. Phys. Chem. A (год публикации - 2018)

6. Феськов С.В. The time-dependent j-flux method for stochastic simulations of multistage bimolecular photoinduced electron transfer within the extended integral encounter theory. AIP Conf. Proc., V. 2040, P. 020009 (2018) (год публикации - 2018)
10.1063/1.5079051

7. Михайлова В.А., Феськов С.В., Иванов А.И. Моделирование неравновесных химико-физических процессов ФГАОУ ВО "Волгоградский государственный университет", Изд-во ВолГУ, Волгоград, 256 С (год публикации - 2018)

8. Рогозина М.В., Матвеева С.Г., Глебов Е.М., Федунов Р.Г. Quantum Chemistry of OsCl6 2- Photoaquation Products and the Reaction Scheme Photochemical & Photobiological Sciences (год публикации - 2019)