The symmetric and quadrupolar donor-acceptor-donor (D-A-D) molecules usually exhibit excited-state charge redistribution process from delocalized intramolecular charge transfer (ICT) state to localized ICT state. Direct observation of such charge redistribution process in real-time has been intensively studied via various ultrafast time-resolved spectroscopies. Femtosecond stimulated Raman spectroscopy (FSRS) is one of the powerful methods which can be used to determine the excited state dynamics by tracking vibrational mode evolution of the specific chemical bonds within molecules. Herein, a molecule, 4,4′-(buta-1,3-diyne-1,4-diyl)bis(N,N-bis(4-methoxyphenyl)aniline), that consists of two central adjacent alkyne (-C≡C-) groups as electron-acceptors and two separated, symmetric N,N-bis(4-methoxyphenyl)aniline at both branches as electron-donors, is chosen to investigate the excited-state photophysical properties. It is shown that the solvation induced excited-state charge redistribution in polar solvents can be probed by using femtosecond stimulated Raman spectroscopy. The results provide a fundamental understanding of photoexcitation induced charge delocalization/localization properties of the symmetric quadrupolar molecules with adjacent vibrational markers located at central position.
References
[1]
M.
Albota
, D.
Beljonne
, J.
Brédas
, J. E.
Ehrlich
, J. Y.
Fu
, A. A.
Heikal
, S. E.
Hess
, T.
Kogej
, M. D.
Levin
, S. R.
Marder
, D.
McCord-Maughon
, J. W.
Perry
, H.
Röckel
, M.
Rumi
, G.
Subramaniam
, W. W.
Webb
, X. L.
Wu
, and C.
Xu
, Science
281
, 1653
(1998
).[2]
B. H.
Cumpston
, S. P.
Ananthavel
, S.
Barlow
, D. L.
Dyer
, J. E.
Ehrlich
, L. L.
Erskine
, A. A.
Heikal
, S. M.
Kuebler
, I. Y. S.
Lee
, D.
McCord-Maughon
, J.
Qin
, H.
Räckel
, M.
Rumi
, X. L.
Wu
, S. R.
Marder
, and J. W.
Perry
, Nature
398
, 51
(1999
).[3]
K. D.
Belfield
and K. J.
Schafer
, Chem. Mater.
14
, 3656
(2002
).[4]
M.
Pawlicki
, H. A.
Collins
, R. G.
Denning
, and H. L.
Anderson
, Angew. Chem. Int. Ed.
48
, 3244
(2009
).[5]
J.
Träger
, H. C.
Kim
, and N.
Hampp
, Nat. Photonics
1
, 509
(2007
).[6]
W.
Denk
, J.
Strickler
, and W.
Webb
, Science
248
, 73
(1990
).[7]
F.
Terenziani
, C.
Katan
, E.
Badaeva
, S.
Tretiak
, and M.
Blanchard-Desce
, Adv. Mater.
20
, 4641
(2008
).[8]
G. S.
He
, L. S.
Tan
, Q.
Zheng
, and P. N.
Prasad
, Chem. Rev.
108
, 1245
(2008
).[9]
X.
Wang
, D.
Wang
, G.
Zhou
, W.
Yu
, Y.
Zhou
, Q.
Fang
, and M.
Jiang
, J. Mater. Chem.
11
, 1600
(2001
).[10]
Y.
Wang
, G. S.
He
, P. N.
Prasad
, and T.
Goodson
, J. Am. Chem. Soc.
127
, 10128
(2005
).[11]
H. Y.
Woo
, B.
Liu
, B.
Kohler
, D.
Korystov
, A.
Mikhailovsky
, and G. C.
Bazan
, J. Am. Chem. Soc.
127
, 14721
(2005
).[12]
A.
Bhaskar
, G.
Ramakrishna
, Z.
Lu
, R.
Twieg
, J. M.
Hales
, D. J.
Hagan
, E.
Van Stryland
, and T.
Goodson
, J. Am. Chem. Soc.
128
, 11840
(2006
).[13]
J.
Kong
, W.
Zhang
, G.
Li
, D.
Huo
, Y.
Guo
, X.
Niu
, Y.
Wan
, B.
Tang
, and A.
Xia
, J. Phys. Chem. Lett.
11
, 10329
(2020
).[14]
D.
Aumiler
, S.
Wang
, X.
Chen
, and A.
Xia
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 5742
(2009
).[15]
B.
Dereka
, A.
Rosspeintner
, M.
Krzeszewski
, D. T.
Gryko
, and E.
Vauthey
, Angew. Chem. Int. Ed.
55
, 15624
(2016
).[16]
B.
Dereka
, A.
Rosspeintner
, Z.
Li
, R.
Liska
, and E.
Vauthey
, J. Am. Chem. Soc.
138
, 4643
(2016
).[17]
Y.
Li
, G.
He
, X.
Wang
, Q.
Guo
, Y.
Niu
, and A.
Xia
, ChemPhysChem
17
, 406
(2016
).[18]
M.
Quick
, A. L.
Dobryakov
, I. N.
Ioffe
, A. A.
Granovsky
, S. A.
Kovalenko
, and N. P.
Ernsting
, J. Phys. Chem. Lett.
7
, 4047
(2016
).[19]
B.
Dereka
, M.
Koch
, and E.
Vauthey
, Acc. Chem. Res.
50
, 426
(2017
).[20]
B.
Dereka
, A.
Rosspeintner
, R.
Stȩżycki
, C.
Ruckebusch
, D. T.
Gryko
, and E.
Vauthey
, J. Phys. Chem. Lett.
8
, 6029
(2017
).[21]
W.
Zhang
, W.
Xu
, G.
Zhang
, J.
Kong
, X.
Niu
, J. M. W.
Chan
, W.
Liu
, and A.
Xia
, J. Phys. Chem. B
125
, 4456
(2021
).[22]
F.
Terenziani
, A.
Painelli
, C.
Katan
, M.
Charlot
, and M.
Blanchard-Desce
, J. Am. Chem. Soc.
128
, 15742
(2006
).[23]
C.
Katan
, F.
Terenziani
, O.
Mongin
, M. H. V.
Werts
, L.
Porrès
, T.
Pons
, J.
Mertz
, S.
Tretiak
, and M.
Blanchard-Desce
, J. Phys. Chem. A
109
, 3024
(2005
).[24]
J. J.
Piet
, W.
Schuddeboom
, B. R.
Wegewijs
, F. C.
Grozema
, and J. M.
Warman
, J. Am. Chem. Soc.
123
, 5337
(2001
).[25]
S. A.
Lahankar
, R.
West
, O.
Varnavski
, X.
Xie
, T.
Goodson
III, L.
Sukhomlinova
, and R.
Twieg
, J. Chem. Phys.
120
, 337
(2004
).[26]
O. P.
Varnavski
, J. C.
Ostrowski
, L.
Sukhomlinova
, R. J.
Twieg
, G. C.
Bazan
, and T.
Goodson
, J. Am. Chem. Soc.
124
, 1736
(2002
).[27]
B.
Carlotti
, E.
Benassi
, A.
Spalletti
, C. G.
Fortuna
, F.
Elisei
, and V.
Barone
, Phys. Chem. Chem. Phys.
16
, 13984
(2014
).[28]
Y.
Li
, M.
Zhou
, Y.
Niu
, Q.
Guo
, and A.
Xia
, J. Chem. Phys.
143
, 034309
(2015
).[29]
J. S.
Beckwith
, A.
Rosspeintner
, G.
Licari
, M.
Lunzer
, B.
Holzer
, J.
Fröhlich
, and E.
Vauthey
, J. Phys. Chem. Lett.
8
, 5878
(2017
).[30]
X.
Niu
, Z.
Kuang
, M.
Planells
, Y.
Guo
, N.
Robertson
, and A.
Xia
, Phys. Chem. Chem. Phys.
22
, 15743
(2020
).[31]
M.
Söderberg
, B.
Dereka
, A.
Marrocchi
, B.
Carlotti
, and E.
Vauthey
, J. Phys. Chem. Lett.
10
, 2944
(2019
).[32]
M.
Planells
, A.
Abate
, D. J.
Hollmanb
, S. D.
Stranksb
, V.
Bhartic
, J.
Gaurc
, D.
Mohantyc
, S.
Chandc
, H. J.
Snaith
, and N.
Robertson
, J. Mater. Chem. A
1
, 6949
(2013
).[33]
B.
Schrader
, Infrared and Raman Spectroscopy
, VCH Verlagsgesellschaft mbH
, 189
(1995
).[34]
A. M.
Brouwer
, Pure Appl. Chem.
83
, 2213
(2011
).[35]
M. J.
Frisch
, G. W. T., H. B.
Schlegel
, G. E.
Scuseria
, M. A.
Robb
, J. R.
Cheeseman
, G.
Scalmani
, V.
Barone
, B.
Mennucci
, G. A.
Petersson
, H.
Nakatsuji
, M.
Caricato
, X.
Li
, H. P.
Hratchian
, A. F.
Izmaylov
, J.
Bloino
, G.
Zheng
, J. L.
Sonnenberg
, M.
Hada
, M.
Ehara
, K.
Toyota
, R.
Fukuda
, J.
Hasegawa
, M.
Ishida
, T.
Nakajima
, Y.
Honda
, O.
Kitao
, H.
Nakai
, T.
Vreven
, J. A.
Montgomery
, Jr., J. E.
Peralta
, F.
Ogliaro
, M.
Bearpark
, J. J.
Heyd
, E.
Brothers
, K. N.
Kudin
, V. N.
Staroverov
, T.
Keith
, R.
Kobayashi
, J.
Normand
, K.
Raghavachari
, A.
Rendell
, J. C.
Burant
, S. S.
Iyengar
, J.
Tomasi
, M.
Cossi
, N.
Rega
, J. M.
Millam
, M.
Klene
, J. E.
Knox
, J. B.
Cross
, V.
Bakken
, C.
Adamo
, J.
Jaramillo
, R.
Gomperts
, R. E.
Stratmann
, O.
Yazyev
, A. J.
Austin
, R.
Cammi
, C.
Pomelli
, J. W.
Ochterski
, R. L.
Martin
, K.
Morokuma
, V. G.
Zakrzewski
, G. A.
Voth
, P.
Salvador
, J. J.
Dannenberg
, S.
Dapprich
, A. D.
Daniels
, O.
Farkas
, J. B.
Foresman
, J. V.
Ortiz
, J.
Cioslowski
, and D. J.
Fox
, Gaussian 09, Revision E.01
, Gaussian, Inc.
, (2013
).[36]
P. J.
Stephens
, F. J.
Devlin
, C. F.
Chabalowski
, and M. J.
Frisch
, J. Phys. Chem.
98
, 11623
(1994
).[37]
T.
Lu
and F.
Chen
, J. Comput. Chem.
33
, 580
(2012
).[38]
G.
Ramakrishna
and T.
Goodson
, J. Phys. Chem. A
111
, 993
(2007
).[39]
B.
Dereka
, D.
Svechkarev
, A.
Rosspeintner
, A.
Aster
, M.
Lunzer
, R.
Liska
, A. M.
Mohs
, and E.
Vauthey
, Nat. Commun.
11
, 1925
(2020
).[40]
S.
Kayal
, K.
Roy
, Y. A.
Lakshmanna
, and S.
Umapathy
, J. Chem. Phys.
149
, 044310
(2018
).[41]
G. D. Ewen
Smith
, Modern Raman Spectroscopy−A Practical Approach
, England
: John Wiley & Sons, Ltd.
, 76
(2005
).[42]
B.
Schrader
, Infrared and Raman Spectroscopy: Methods and Applications
, Federal Republic of Germany: Fikentscher GroRbuchbinderei, D-6429.5 Darmstadt
, 7
(1995
).[43]
P.
Kukura
, D. W.
McCamant
, S.
Yoon
, D. B.
Wandschneider
, and R. A.
Mathies
, Science
310
, 1006
(2005
).[44]
S.
Kayal
, K.
Roy
, and S.
Umapathy
, J. Chem. Phys.
148
, 024301
(2018
).[45]
B.
Schrader
, Infrared and Raman Spectroscopy: Methods and Applications
, Federal Republic of Germany: Fikentscher GroRbuchbinderei, D-6429.5 Darmstadt
, 34
(1995
).[46]
J. M. Artes
Vivancos
, I. H. M.
van Stokkum
, F.
Saccon
, Y.
Hontani
, M.
Kloz
, A.
Ruban
, R.
van Grondelle
, and J. T. M.
Kennis
, J. Am. Chem. Soc.
142
, 17346
(2020
).[47]
H.
Kuramochi
, S.
Takeuchi
, and T.
Tahara
, J. Phys. Chem. Lett.
3
, 2025
(2012
).[48]
G.
Batignani
, E.
Pontecorvo
, C.
Ferrante
, M.
Aschi
, C. G.
Elles
, and T.
Scopigno
, J. Phys. Chem. Lett.
7
, 2981
(2016
).[49]
H.
Kuramochi
, S.
Takeuchi
, K.
Yonezawa
, H.
Kamikubo
, M.
Kataoka
, and T.
Tahara
, Nat. Chem.
9
, 660
(2017
).[50]
W.
Kim
, T.
Kim
, S.
Kang
, Y.
Hong
, F.
Wrthner
, and D.
Kim
, Angew. Chem. Int. Ed.
59
, 8571
(2020
).[51]
M. L.
Horng
, J. A.
Gardecki
, A.
Papazyan
, and M.
Maroncelli
, J. Phys. Chem.
99
, 17311
(1995
).[52]
A.
Rebane
, M.
Drobizhev
, N. S.
Makarov
, G.
Wicks
, P.
Wnuk
, Y.
Stepanenko
, J. E.
Haley
, D. M.
Krein
, J. L.
Fore
, A. R.
Burke
, J. E.
Slagle
, D. G.
McLean
, and T. M.
Cooper
, J. Phys. Chem. A
118
, 3749
(2014
).[53]
T.
Kumpulainen
, B.
Lang
, A.
Rosspeintner
, and E.
Vauthey
, Chem. Rev.
117
, 10826
(2017
).[54]
B.
Valeur
, Molecular Fluorescence: Principles and Applications
, New York
: Wiley-VCH Verlag GmbH
(2001
).
This content is only available via PDF.
© 2022 Chinese Physical Society.
2022
Chinese Physical Society
You do not currently have access to this content.
