Введение к работе
Актуальность работы
Молекулы фуллеренов С6о и С7о, помещённые в различные материалы, являются перспективными объектами молекулярной электроники и фотовольтаики. При поглощении кванта света они могут служить эффективными акцепторами электронов, либо возбуждаться в долгоживущие триплетные состояния с квантовыми выходами, близкими к единице.
Фотовозбуждённые фуллерены в триплетном состоянии являются удобными спиновыми зондами, которые можно применять для изучения особенностей молекулярной подвижности неупорядоченных сред в нанометровом диапазоне расстояний методами электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Такие среды - молекулярные стёкла, полимеры и биологические системы - обладают целым рядом необьганых свойств. Эти свойства имеют универсальный характер для разных систем, их исследование представляет огромный интерес с точки зрения расширения знаний о фундаментальных свойствах вещества.
Кроме этого, для триплетных фуллеренов имеют место некоторые особенности эффекта Яна-Теллера, характерные для молекул с большим количеством эквивалентных атомов. Такие особенности существенно влияют на спектроскопические свойства и спиновую релаксацию фотовозбуждённых фуллеренов.
Основные цели работы
Основной целью данной работы являлось изучение особенностей динамики молекул в неупорядоченных средах в нанометровом диапазоне расстояний, используя фотовозбуждённые фуллерены.
Для этого, используя различные методы ЭПР, необходимо было найти непротиворечивую модель для описания спиновой и молекулярной динамики нанометровых триплетных спиновых зондов - молекул
фуллеренов 3С<ю и 3С7о в стеклообразных и полимерных матрицах. Поэтому была поставлена задача достоверно определить магнитные параметры фуллеренов 3С6о и 3С7о, температурные зависимости скоростей их поперечной релаксации и на основании полученных данных объяснить особенности эффекта Яна-Теллера, проявляющегося для 3С6о и 3С7о.
Научная новизна работы
Для объяснения температурного сужения эхо-детектированных (ЭД) ЭПР спектров 3Сбо была впервые предложена модель пикосекундных анизотропных псевдовращений молекул 3Сбо в стеклообразных матрицах.
Для моделирования формы линии спектров ЭПР фуллерена 3С7о в различных матрицах была предложена модель вероятностного распределения параметров расщепления в нулевом поле внутри ансамбля молекул 3С70.
Для интерпретации особенностей ЭД ЭПР спектров 3С7о был использован точный расчёт эволюции матрицы плотности для трёхуровневой спиновой системы.
Для объяснения температурного сужения светоиндуцированных спектров ЭПР 3С7о была впервые предложена модель наносекундных изотропных переориентации молекул 3С7о в стеклообразных матрицах.
Практическая значимость
Полученная информация о распределении параметров расщепления в нулевом поле D и Е молекул 3С7о, о пикосекундных псевдовращениях молекул 3С6о, о наносекундных переориентациях молекул 3С70 важна для понимания природы молекулярной подвижности неупорядоченных сред и их локальной структуры.
Исследования подвижности молекул фуллеренов в полимерных матрицах имеют значение для практического применения полимеров, для выяснения таких свойств, как стойкость полимеров к внешним механическим воздействиям, процессам старения и разрушения.
Полученные данные о триплетных фуллеренах представляют интерес для диагностики и разработки активных сред органических фотовольтаических ячеек.
Личный вклад соискателя. Соискатель участвовал в постановке задач, обсуждаемых в данной диссертации, принимал непосредственное участие в организации и проведении экспериментов, в обработке экспериментальных данных, в анализе полученных результатов.
Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на физико-химических семинарах Института химической кинетики и горения СО РАН, а также на 12 международных и 7 всероссийских научных конференциях, таких как Sendai-Berlin-Novosibirsk Seminar on advanced EPR (Новосибирск, 28-31 августа 2006 года); X International Youth Scientific School "Actual Problems of Magnetic Resonance Application" (Казань, 31 октября - 3 ноября 2006 года); IX Biennial International Workshop "Fullerenes and Atomic Clusters" (Санкт-Петербург, 6-10 июля 2009 года); Conference/School for Young Scientists "Diagnostics of carbon nanostractures" (Санкт-Петербург, 8 июля 2009 года); Школа-конференция молодых учёных «Неорганические соединения и функциональные материалы», посвященная памяти профессора Ю.А. Дядина (Новосибирск, 16-18 июня 2010 года); Всероссийская молодёжная школа-конференция «Магнитный резонанс в химической и биологической физике» (Новосибирск, 6-10 сентября 2010 года); VII Asia-Pacific EPR/ESR Symposium, APES-2010, (Джеджу, Республика Корея, 10-14 октября 2010 года); Всероссийская молодёжная конференция «Успехи химической физики» (Черноголовка, 21-23 июня 2011 года); International Conference "Advanced Carbon Nanostractures" (Санкт-Петербург, 4-8 июля 2011 года); One day Conference/School for Young Scientists "Diagnostics of carbon nanostractures" (Санкт-Петербург, 6 июля 2011 года); Молодёжная школа-конференция «Неорганическая химия современных материалов,
катализаторов и наносистем» (Новосибирск, 22-23 сентября 2011 года); Всероссийская конференция «Спектроскопия и томография электронного парамагнитного резонанса» (Москва, 6-10 октября 2011 года).
Публикации. Основные результата работы опубликованы в 6 статьях в рецензируемых научных изданиях, а также в 20 тезисах докладов на международных и всероссийских научных конференциях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков и 5 таблиц. Библиографический список включает 121 наименование.
