Quasi-equilibrium Processes of Relaxation of the Electronic Excitation of the Azidomalachite Green Molecule

Abstract

Реальні перспективи застосування результатів наукових досліджень для створення елементної бази оптоелектроніки, розробки люмінесцентних датчиків, для оптичного запису інформації є обгрунтуванням актуальності вивчення процесів, пов'язаних з електронними сильно збудженими станами молекул. На підставі проведених досліджень фізичних та фотохімічних процесів в розчинах параазидомалахітового зеленого (АМЗ) показано, що спектри поглинання АМЗ формуються квантовими переходами π → π*. Серед інтенсивних смуг поглинання ховається слабка смуга поглинання π → σ* (S0 → S3 квантовий перехід). При цьому виявилось, що відповідні синглетний і триплетний стани молекули характеризуються дисоціативними енергетичними поверхнями, тобто існують і проявляються в експериментальних дослідженнях два канали фотодисоціації молекули АМЗ. Показано, що процеси релаксації збудження молекули АМЗ, які відбуваються з залученням високочастотних коливань С–Нзв'язків, локалізованих на фенільних кільцях, протікають як квазірівноважні процеси, тобто, електронна система в процесі релаксації збудження зупиняється на кожному енергетичному рівні впродовж часу, який перевищує період вказаного коливання. Цей факт забезпечує можливість протікання процесів дисоціації молекули з відповідних енергетичних станів. З підвищенням температури від 77 К до 300 К суттєво підвищується роль високочастотних коливань С–Н-зв’язків, що приводить до значного зменшення квантового виходу фотодисоціації АМЗ як з синглетного, так і з триплетного дисоціативних станів.

Real prospects of application of results of scientific investigations for creation of element base of optoelectronics, development of luminescent sensors, for optical record of the information is the substantiation of urgency of studying the processes connected with electronic highly excited states of molecules. Based on the studies of physical and photochemical processes in solutions of para-azidomalachite green (AMG), it is shown that the absorption spectra of AMG are formed by π → π* quantum transitions. Among the intense absorption bands is a weak absorption band π → σ* (S0 → S3 quantum transition). It turned out that the corresponding singlet and triplet states of the molecule are characterized by dissociative energy surfaces, that is, there are two channels of photodissociation of the AMG molecule. It is shown that the processes of relaxation of the excitation of the AMG molecule, which occur with the involvement of high-frequency vibrations of C–H bonds, localized on the phenyl rings, proceed as quasi-equilibrium processes. That is, during the relaxation the electronic system of excitation stops at each energy level for a time that exceeds the period of the specified fluctuation. This fact provides the possibility of the processes of dissociation of the molecule from the corresponding energy states. With the increase in temperature from 77 K to 300 K, the role of high-frequency vibrations of C–H bonds increases significantly, that leads to a significant decrease in the quantum yield of AMG photodissociation from both singlet and triplet dissociative states.