金属酸化物単結晶・色素吸着系における電子ダイナミックス

金属氧化物单晶/染料吸附系统中的电子动力学

基本信息

批准号：
15033228
负责人：
松本吉泰
金额：
$ 3.46万
依托单位：
Institute for Molecular Science (2004)The Graduate University for Advanced Studies (2003)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、予定通りTiO2(110)表面の電子構造を明らかにし、この表面に蒸着した有機分子超薄膜内での電子緩和と電子移動ダイナミックスについて研究を行った。清浄なTiO2(110)単結晶表面における電子状態について、紫外光電子分光(UPS)と2光子光電子分光(2PPE)測定を行った。UPS測定により、フェルミ基準で-1.1eVに酸素欠陥サイトに由来する占有表面状態が存在することがわかった。また、光エネルギー依存性から占有表面状態からのコヒーレント2光子過程によるものと、伝導帯に光励起された電子がさらにイオン化されたために生じる2つのピークがあることがわかった。TiO2(110)表面に3,4,9,10-perylene tetracarboxylic dianhydride (PTCDA)薄膜を蒸着し、この超薄膜における電子状態緩和を2PPEにより明らかにした。2PPEスペクトルの中にはPTCDAの基底状態、S2状態あるいはS1状態の高い振動状態、S1状態のオリジン近くの状態に由来する3つのピークが存在する。S1のオリジン付近でもその寿命は360fsと短く、励起エネルギーの増加に応じて寿命は急速に短くなっている。このような速い電子緩和はPTCDA超薄膜のS1からの蛍光量子効率が極めて低い実験結果とよい一致を示している。さらに、TiO2(110)表面に亜鉛フタロシアニンを蒸着し、この超薄膜における電子状態緩和、基盤への電子移動ダイナミックスを研究した。単分子層と多層膜との二つの場合について2PPE測定を行った。その結果、多層膜では第一励起一重項状態の高い振動準位に励起された分子は、分子内振動緩和によりきわめて迅速に緩和すること、および、単分子層ではこの速い分子内緩和と基盤表面への電子移動が競合することを定量的に測定することができた。

今年，我们按计划阐明了TiO2(110)表面的电子结构，并对沉积在该表面的有机分子超薄膜内的电子弛豫和电子转移动力学进行了研究。对干净的 TiO2(110) 单晶表面的电子态进行了紫外光电子能谱 (UPS) 和双光子光电子能谱 (2PPE) 测量。 UPS 测量揭示了基于费米标准的 -1.1 eV 处源自氧空位位点的占据表面态的存在。此外，光能依赖性表明存在两个峰，一个是由于占据表面态的相干双光子过程引起的，另一个是由于导带中光激发电子的进一步电离引起的。在 TiO2(110) 表面沉积 3,4,9,10-苝四甲酸二酐 (PTCDA) 薄膜，并使用 2PPE 研究该超薄膜中的电子态弛豫。在2PPE谱中，存在源自PTCDA基态、S2态或S1态的高振动态以及S1态原点附近的态的三个峰。即使在S1原点附近，寿命也短至360 fs，并且随着激发能的增加，寿命迅速缩短。如此快速的电子弛豫与实验结果非常吻合，实验结果表明PTCDA超薄膜的S1荧光量子效率极低。此外，我们在 TiO2(110) 表面沉积了锌酞菁，并研究了该超薄膜中的电子态弛豫和电子转移动力学。 2PPE 测量针对两种情况进行：单层和多层。结果，在多层膜中，被激发到第一激发单重态的高振动能级的分子由于分子内振动弛豫而极其快速地弛豫，而在单层膜中，这种快速的分子内弛豫和表面我们能够定量测量电子转移的竞争。