Surface Properties, Interface Events and Energy Relaxation Processes in Nanoassemblies Based on Ag-In-S/ZnS Quantum Dots and Porphyrins
Another Title
Поверхностные свойства, интерфейсные явления и процессы релаксации энергии в наноансамблях на основе полупроводниковых квантовых точек Ag-In-S/ZnS и молекул порфиринов
Bibliographic entry
Surface Properties, Interface Events and Energy Relaxation Processes in Nanoassemblies Based on Ag-In-S/ZnS Quantum Dots and Porphyrins = Поверхностные свойства, интерфейсные явления и процессы релаксации энергии в наноансамблях на основе полупроводниковых квантовых точек Ag-In-S/ZnS и молекул порфиринов / E. I. Zenkevich, V. B. Sheinin, O. M. Kulikova, O. I. Koifman // Макрогетероциклы. – 2023. – Т. 16, № 3. – P. 189–203.
Abstract
Based on comparative experimental spectral-kinetic data and quantum chemical calculations (method MM+) it was argued that in water at pH 7.5 and ambient temperature, electrostatic interactions of positively charged 5,10,15,20-tetra(N-methyl-4-pyridyl)porphyrin molecules (free bases) with negatively charged glutathione stabilized core/shell semiconductor quantum dots (QD) AIS/ZnS/GSH lead to the formation of stable «QD-porphyrin» nanoassemblies. The obtained results indicate that interaction of AIS/ZnS/GSH QDs with positively charged H2P4+ molecules is not described appropriately by the Poisson statistics (the nanoassembly stoichiometry is 1:1), and followed by a very fast metalation of porphyrin free base (formation of the extra-ligated Zn-porphyrin complex) which is directly fixed on the QD surface. The detailed analysis of experimental results and structural parameters for the size-consistent 3D model of the above «QD-porphyrin» nanoassembly evidently showed for the first time that the non-radiative relaxation of QD excitonic excitation energy is due to competitive processes: FRET QD ® porphyrin and the electron tunneling through the ZnS barrier to the outer interface of the QD in conditions of quantum confinement.
Abstract in another language
На основании сравнительных спектрально-кинетических данных и квантово-химических расчетов (метод ММ+) обосновано, что в воде при рН 7.5 и комнатной температуре электростатические взаимодействия положительно заряженных молекул 5,10,15,20-тетра(N-метил-4-пиридил)порфирина (свободные основания) с отрицательно заряженными стабилизированными глютатионом полупроводниковыми квантовыми точками (КТ) AIS/ZnS/GSH приводит к формированию стабильных наноансамблей «КТ-порфирин». Полученные результаты показывают, что взаимодействие КТ AIS/ZnS/GSH с положительно заряженными молекулами H2P4+ не описываются статистикой Пуассона (стехиометрия наноансамблей 1:1) и сопровождается очень быстрой металлизацией молекулы свободного основания порфирина (образование экстра-лигандированного комплекса Zn-порфирина), которая непосредственно фиксируется на поверхности КТ. Детальный анализ экспериментальных результатов и структурных параметров размерно-согласующейся 3D модели наноансамбля «КТ-порфирин» впервые показал, что безызлучательная релаксация энергии экситонного возбуждения КТ обусловлена двумя конкурирующими процессами: ферстеровским переносом энергии КТ ® порфирин и тунелированием электрона сквозь барьер ZnS на внешнюю поверхность КТ в условиях квантового ограничения.