We present highly time-resolved spontaneous fluorescence spectra of a porphyrin array system that consists of an energy donor and an acceptor linked by a phenyl group. The donors are meso-meso directly linked zinc(II) porphyrin arrays and the acceptor is a zinc(II) 5,15-di(phenylethynyl)porphyrin. The spectra over the entire Q(S1) emission band following the excitation of the donor B(S2) state have been measured directly without the conventional spectral reconstruction method. The time-resolved fluorescence spectra revealed detailed energy relaxation processes within the donor and subsequent energy transfer to the acceptor. The observed energy transfer rates to the acceptor are consistent with the Förster energy transfer rates calculated on the assumption that the energy is localized in the Q state of each porphyrin unit of the donor prior to the energy transfer. The passage of the energy deposited initially on one porphyrin unit of the donor to the acceptor illustrates a sequence of energy delocalization and localization processes before it finally reaches the acceptor.

1.
R. K.
Clayton
,
Photosynthesis: Physical Mechanisms and Chemical Patterns
(
Cambridge University Press
,
New York
,
1980
).
2.
J. K.
Trautman
,
A. P.
Shreve
,
C. A.
Violette
,
H. A.
Frank
,
T. G.
Owens
, and
A. C.
Albrecht
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
87
,
215
(
1990
).
3.
A. P.
Shreve
,
J. K.
Trautman
,
H. A.
Frank
,
T. G.
Owens
, and
A. C.
Albrecht
,
Biochim. Biophys. Acta
1058
,
280
(
1991
).
4.
R.
Monshouwer
,
I. O.
de Zarate
,
F.
van Mourik
, and
R.
van Grondelle
,
Chem. Phys. Lett.
246
,
341
(
1995
).
5.
T.
Joo
,
Y. W.
Jia
,
J. Y.
Yu
,
D. M.
Jonas
, and
G. R.
Fleming
,
J. Phys. Chem.
100
,
2399
(
1996
).
6.
R.
Jimenez
,
S. N.
Dikshit
,
S. E.
Bradforth
, and
G. R.
Fleming
,
J. Phys. Chem.
100
,
6825
(
1996
).
7.
A.
Osuka
and
H.
Shimidzu
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
36
,
135
(
1997
).
8.
S. I.
Yang
,
R. K.
Lammi
,
J.
Seth
,
J. A.
Riggs
,
T.
Arai
,
D. H.
Kim
,
D. F.
Bocian
,
D.
Holten
, and
J. S.
Lindsey
,
J. Phys. Chem. B
102
,
9426
(
1998
).
9.
H. S.
Cho
,
N. W.
Song
,
Y. H.
Kim
,
S. C.
Jeoung
,
S.
Hahn
,
D.
Kim
,
S. K.
Kim
,
N.
Yoshida
, and
A.
Osuka
,
J. Phys. Chem. A
104
,
3287
(
2000
).
10.
N.
Aratani
,
A.
Osuka
,
Y. H.
Kim
,
D. H.
Jeong
, and
D.
Kim
,
Angew. Chem., Int. Ed.
39
,
1458
(
2000
).
11.
D.
Holten
,
D. F.
Bocian
, and
J. S.
Lindsey
,
Acc. Chem. Res.
35
,
57
(
2002
).
12.
R. W.
Wagner
and
J. S.
Lindsey
,
J. Am. Chem. Soc.
116
,
9759
(
1994
).
13.
G.
Kodis
,
P. A.
Liddell
,
L.
de la Garza
,
P. C.
Clausen
,
J. S.
Lindsey
,
A. L.
Moore
,
T. A.
Moore
, and
D.
Gust
,
J. Phys. Chem. A
106
,
2036
(
2002
).
14.
D.
Gust
,
T. A.
Moore
, and
A. L.
Moore
,
Acc. Chem. Res.
34
,
40
(
2001
).
15.
M. P.
Debreczeny
,
W. A.
Svec
,
E. M.
Marsh
, and
M. R.
Wasielewski
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
8174
(
1996
).
16.
M. P.
Debreczeny
,
W. A.
Svec
, and
M. R.
Wasielewski
,
Science
274
,
584
(
1996
).
17.
P.
Brodard
,
S.
Matzinger
,
E.
Vauthey
,
O.
Mongin
,
C.
Papamicaël
, and
A.
Gossauer
,
J. Phys. Chem. A
103
,
5858
(
1999
).
18.
K. K.
Jensen
,
S. B.
van Berlekom
,
J.
Kajanus
,
J.
Mårtensson
, and
B.
Albinsson
,
J. Phys. Chem. A
101
,
2218
(
1997
).
19.
A.
Nakano
,
Y.
Yasuda
,
T.
Yamazaki
,
S.
Akimoto
,
I.
Yamazaki
,
H.
Miyasaka
,
A.
Itaya
,
M.
Murakami
, and
A.
Osuka
,
J. Phys. Chem. A
105
,
4822
(
2001
).
20.
C. K.
Min
,
T.
Joo
,
M. C.
Yoon
,
C. M.
Kim
,
Y. N.
Hwang
,
D.
Kim
,
N.
Aratani
,
N.
Yoshida
, and
A.
Osuka
,
J. Chem. Phys.
114
,
6750
(
2001
).
21.
H. S.
Cho
,
H.
Rhee
,
J. K.
Song
,
C. K.
Min
,
M.
Takase
,
N.
Aratani
,
S.
Cho
,
A.
Osuka
,
T.
Joo
, and
D.
Kim
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
5849
(
2003
).
22.
V. M.
Kenkre
,
Exciton Dynamics in Molecular Crystals and Aggregates: The Master Equation Approach
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1982
).
23.
A.
Kimura
,
T.
Kakitani
, and
T.
Yamato
,
J. Phys. Chem. B
104
,
9276
(
2000
).
24.
V. M.
Kenkre
and
R. S.
Knox
,
Phys. Rev. B
9
,
5279
(
1974
).
25.
V. M.
Kenkre
and
R. S.
Knox
,
Phys. Rev. Lett.
33
,
803
(
1974
).
26.
A.
Kimura
and
T.
Kakitani
,
J. Phys. Chem. B
107
,
14486
(
2003
).
27.
R.
Kumble
,
S.
Palese
,
V. S. Y.
Lin
,
M. J.
Therien
, and
R. M.
Hochstrasser
,
J. Am. Chem. Soc.
120
,
11489
(
1998
).
28.
N.
Aratani
,
H. S.
Cho
,
T. K.
Ahn
,
S.
Cho
,
D.
Kim
,
H.
Sumi
, and
A.
Osuka
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
9668
(
2003
).
29.
M.
Taniguchi
,
D.
Ra
,
C.
Kirmaier
,
E.
Hindin
,
J. K.
Schwartz
,
J. R.
Diers
,
R. S.
Knox
,
D. F.
Bocian
,
J. S.
Lindsey
, and
D.
Holten
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
13461
(
2003
).
30.
E.
Hindin
,
R. A.
Forties
,
R. S.
Loewe
,
A.
Ambroise
,
C.
Kirmaier
,
D. F.
Bocian
,
J. S.
Lindsey
,
D.
Holten
, and
R. S.
Knox
,
J. Phys. Chem. B
108
,
12821
(
2004
).
31.
H.
Shinmori
,
T. K.
Ahn
,
H. S.
Cho
,
D.
Kim
,
N.
Yoshida
, and
A.
Osuka
,
Angew. Chem., Int. Ed.
42
,
2754
(
2003
).
32.
H.
Rhee
and
T.
Joo
,
Opt. Lett.
30
,
96
(
2005
).
33.
D.
Kim
and
A.
Osuka
,
J. Phys. Chem. A
107
,
8791
(
2003
).
34.
T.
Kakitani
and
A.
Kimura
,
J. Phys. Chem. A
106
,
2173
(
2002
).
35.
D. C.
Easter
and
A. P.
Baronavski
,
Chem. Phys. Lett.
201
,
153
(
1993
).
36.
S. W.
Jung
,
W. I.
Park
,
H. D.
Cheong
,
G. C.
Yi
,
H. M.
Jang
,
S.
Hong
, and
T.
Joo
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
1924
(
2002
).
37.
S. M.
LeCours
,
S. G.
DiMagno
, and
M. J.
Therien
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
11854
(
1996
).
38.

We take molecular chain direction as x axis. This makes 5,15-meso direction in the acceptor y axis, which is different from the typical convention.

39.
Y. H.
Kim
,
D. H.
Jeong
,
D.
Kim
,
S. C.
Jeoung
,
H. S.
Cho
,
S. K.
Kim
,
N.
Aratani
, and
A.
Osuka
,
J. Am. Chem. Soc.
123
,
76
(
2001
).
40.

The configuration refers to the solute (Zn) configuration as well as solvent/solute configuration.

41.
J. H.
Ha
,
H. S.
Cho
,
J. K.
Song
,
D.
Kim
,
N.
Aratani
, and
A.
Osuka
,
ChemPhysChem
5
,
57
(
2004
).
42.

Actually, it is Qm(1,0) band.

43.

Actually, it is Qe(1,0) band.

44.
J. S.
Baskin
,
H. Z.
Yu
, and
A. H.
Zewail
,
J. Phys. Chem. A
106
,
9837
(
2002
).
45.
H. Z.
Yu
,
J. S.
Baskin
, and
A. H.
Zewail
,
J. Phys. Chem. A
106
,
9845
(
2002
).
46.
N.
Mataga
,
Y.
Shibata
,
H.
Chosrowjan
,
N.
Yoshida
, and
A.
Osuka
,
J. Phys. Chem. B
104
,
4001
(
2000
).
47.
H.
Rhee
,
T.
Joo
,
S.
Cho
,
D.
Kim
,
N.
Aratani
, and
A.
Osuka
(unpublished).
48.
J. S.
Hsiao
,
B. P.
Krueger
,
R. W.
Wagner
,
T. E.
Johnson
,
J. K.
Delaney
,
D. C.
Mauzerall
,
G. R.
Fleming
,
J. S.
Lindsey
,
D. F.
Bocian
, and
R. J.
Donohoe
,
J. Am. Chem. Soc.
118
,
11181
(
1996
).
49.
J. P.
Strachan
,
S.
Gentemann
,
J.
Seth
,
W. A.
Kalsbeck
,
J. S.
Lindsey
,
D.
Holten
, and
D. F.
Bocian
,
Inorg. Chem.
37
,
1191
(
1998
).
50.
R. W.
Wagner
,
J.
Seth
,
S. I.
Yang
,
D.
Kim
,
D. F.
Bocian
,
D.
Holten
, and
J. S.
Lindsey
,
J. Org. Chem.
63
,
5042
(
1998
).
51.
F.
Li
,
S.
Gentemann
,
W. A.
Kalsbeck
,
J.
Seth
,
J. S.
Lindsey
,
D.
Holten
, and
D. F.
Bocian
,
J. Mater. Chem.
7
,
1245
(
1997
).
52.
J. P.
Strachan
,
S.
Gentemann
,
J.
Seth
,
W. A.
Kalsbeck
,
J. S.
Lindsey
,
D.
Holten
, and
D. F.
Bocian
,
J. Am. Chem. Soc.
119
,
11191
(
1997
).
53.
H. S.
Cho
 et al,
J. Phys. Chem. A
105
,
4200
(
2001
).
You do not currently have access to this content.