Fotoindukowany transfer elektronów

Schemat procesu fotoindukowanego przeniesienia elektronu

Fotoindukowany transfer elektronów ( PET ) to proces przenoszenia elektronów w stanie wzbudzonym , w którym wzbudzony elektron jest przenoszony od dawcy do akceptora. Dzięki PET następuje rozdzielenie ładunku, czyli reakcja redoks zachodzi w stanie wzbudzonym (zjawisko to nie występuje w przeniesieniu elektronu Dextera ).

Szerokość

Takie materiały obejmują półprzewodniki , które mogą być fotoaktywowane, jak wiele ogniw słonecznych , układy biologiczne, takie jak te stosowane w fotosyntezie , oraz małe cząsteczki o odpowiednich stanach absorpcji i redoks.

Proces

Często opisuje się, gdzie znajdują się elektrony, jako pasma elektronowe w materiałach masowych i orbitale elektronowe w cząsteczkach . Dla wygody poniższy opis zostanie opisany w kategoriach molekularnych. Kiedy foton pobudza cząsteczkę, elektron na orbicie w stanie podstawowym może zostać wzbudzony na orbital o wyższej energii. Ten stan wzbudzony pozostawia wakat na orbicie stanu podstawowego, który może zostać wypełniony donorem elektronów . Wytwarza elektron na orbicie o wysokiej energii, który można przekazać akceptorowi elektronów . Pod tym względem cząsteczka fotowzbudzona może działać jako dobry środek utleniający lub dobry środek redukujący .

Utlenianie fotoindukowane

[ML _n ] ²⁺ + hν → [ML _n ] ²⁺ *

[ML _n ] ²⁺ * + donor → [ML _n ] ⁺ + donor ⁺

Redukcja fotoindukowana

[ML _n ] ²⁺ + hν → [ML _n ] ²⁺ *

[ML _n ] ²⁺ * + akceptor → [ML _n ] ³⁺ + akceptor ⁻

Końcowym rezultatem obu reakcji jest dostarczenie elektronu na orbital, który ma wyższą energię niż poprzednio. Jest to często opisywane jako para elektron-dziura oddzielona ładunkiem podczas pracy z półprzewodnikami .

W przypadku braku odpowiedniego donora lub akceptora elektronów takie cząsteczki mogą ulegać zwykłej emisji fluorescencji . Transfer elektronów jest jedną z form fotogaszenia .

Kolejne procesy

W wielu systemach fotoprodukcyjnych to rozdzielenie ładunku jest izolowane kinetycznie przez dostarczenie elektronu do przewodnika o niższej energii , przyłączonego do złącza p/n lub do łańcucha transportu elektronów . W takim przypadku część energii można przechwycić, aby wykonać pracę. Jeśli elektron nie jest izolowany kinetycznie, termodynamika przejmie kontrolę, a produkty zareagują ze sobą, aby zregenerować materiał wyjściowy w stanie podstawowym. Proces ten nazywa się rekombinacją, a energia fotonu jest uwalniana w postaci ciepła.

Rekombinacja utleniania fotoindukowanego

[ML _n ] ⁺ + donor ⁺ → [ML _n ] ²⁺ + donor

Potencjalnie indukowana produkcja fotonów

Proces odwrotny do fotoindukowanego transferu elektronów jest pokazywany przez diody elektroluminescencyjne (LED) i chemiluminescencję , w których gradienty potencjału są wykorzystywane do tworzenia stanów wzbudzonych, które zanikają w wyniku emisji światła.