苝并联亚胺超分子聚集体中的介电调谐电荷与激子动力学

《Nature Communications》：Dielectric-tuned charge and exciton dynamics in perylene bisimide supramolecular aggregates

　　

摘要

优化超分子结构中的电荷分离与传输对于推动人工光合作用和有机光电子学的发展至关重要。然而，由于这些系统的固有复杂性，要区分介电环境与结构重组的影响仍是一项挑战。在此，我们研究了一种结构稳定的苝双亚胺H聚集体中的介电调控下的电荷与激子动力学行为，该聚集体无论在何种溶剂极性下都能保持其特定的堆积几何结构。通过进行依赖于溶剂极性的瞬态吸收实验，我们观察到了由介电介质决定的电荷动力学机制的根本性转变：在非极性环境中，反应动力学由高频振动模式介导的量子隧穿作用控制（半经典范畴）；而在极性环境中，则由溶剂的集体波动来调控（经典范畴）。此外，基于泵浦强度的测量表明，类激基S₁激子的电荷分离与激子间的湮灭过程相互竞争，从而导致扩散长度随溶剂极性而变化，而产生的电荷载体则表现出非扩散行为。这些发现为区分由振动辅助还是溶剂控制的电子转移提供了分析框架，也为设计高效的电荷与激子传输机制在有机半导体分子体系中应用指明了方向。