光區的 intra-ligand transitions (* transitions) 吸收峰位置。
350 400 450 500 550 600 650
0.0
500 550 600 650 700 750 800 850
2 1 0 -1 -2
表三:錯合物 1-6 在除氧乙腈中的電化學性質。 technique,其中感光劑 (sensitizer) 是錯合物 1-6,氧化淬熄劑 (oxidative quencher) 則 是 4-bromobenzenediazonium tetrafluoroborate (ArN2BF4),反應物是溴離子。Flash-quench reaction 有兩個實驗依序要操作,首先是利用釕錯合物以及淬熄劑進行雙分子淬熄反應 (bimolecular quench reaction) 來找出最適當之淬熄劑濃度,可得到最大濃度的氧化態錯 合物,其次則是在此條件下,來觀察氧化錯合物與溴離子間的反應。而 flash-quench
說明著照光後 ArN2+ 的確淬熄了激發態的錯合物 3。激發態被淬熄之反應也可經由其 冷光衰退的生命期來觀察,圖三十七 (b) 為歸一化後之冷光衰退圖譜,同樣地隨著淬熄 劑 ArN2+ 濃度的遞增,其冷光光譜之生命期也隨之漸短,從最長的 1128 ns 變為 194 ns,接下來可藉由以上實驗數據分析出此氧化淬熄反應之反應速率常數。
350 400 450 500 550 600 650 0.0
濃度分別為 0 (black)、0.5 (red)、1.0 (blue)、2.0 (green)、3.3 (purple)、5.0 (cyan)、10.0 (wine) mM。550 600 650 700 750 800 0
5.0 (cyan)、10.0 (wine) mM。
利用冷光光譜之強度以及冷光衰退的變化可做 stern-volmer analysis 如圖三十八,
將 Io/I 或 o/ 對 ArN2+ 的濃度作圖。一般來說動態的淬熄 (dynamic quench) 反應其 冷光強度或是生命期衰退的變化均會與淬熄劑的濃度呈線性關係,即符合 stern-volmer equation,如 Eq 11 所示。
Io/I = o/ = 1 + kqo[Q] (11)
其中 I 為冷光光譜之強度, 為冷光衰退之生命期,kq 則為淬熄反應之速率常數。
但實驗所得到的 stern-volmer plot 圖三十八卻不若上述方程式為線性關係,反而是呈現 指數性向上揚升的曲線,根據文獻記載,如此非線性關係的現象即為 sphere-of-action 所 造成。36 一般所了解的雙分子淬熄反應必須經由碰撞才得以發生,而 sphere-of-action 則 是描述著當反應物之間相當程度地靠近時,其氧化還原之淬熄反應並不需要經由真正碰 撞便可發生,假設其可反應之有效半徑為 r,所形成的有效可反應體積為 V,在此空間 範圍內不需經碰撞即可產生淬熄反應,則 stern-volmer equation 可被修飾為 Eq 12,
Io/I = o/ = (1 + kqo[Q])exp(V[Q]) (12)
利用修飾過的公式便可做出非常相稱於實驗數據之曲線,其中 o = 1128 ns,可求得 kq1
= 1.35 x 108 M-1 s-1,V1 = 83.5 M-1,便可計算出可反應之有效半徑 r1 = 3.21 nm。其餘錯 合物之實驗圖譜列於附圖二十至三十八,數據一併整理於表四。
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
有效反應半徑 r1 則約為 3.2 nm,正說明了此電子傳遞所需之有效反應空間及距離並不 須藉由瞬時吸收光譜 (transient absorption spectroscopy) 來協助觀察。瞬時吸收光譜所使 用之 pump light 是 355 nm 的雷射光,再利用汞燈做為 probe light 來測量樣品被雷射
激發前後吸收光譜之變化 (A = A after pump - A before pump),圖三十九 (a) 為一般瞬時吸收 光譜之全光譜,A 數值正的部分如 380 nm 以及 600-800 nm 是激發態樣品之電子吸 收光譜 (圖三十九 (b) 紅色箭頭部分),而 A 數值負的部分 452 nm 稱之為 bleach 即 為基態樣品之電子吸收光譜 (圖三十九 (b) 綠色箭頭部分)。經動力學分析後可以發現 瞬時吸收光譜中不論是激發態吸收 (380, 600-800 nm) 或是基態之 bleach (450 nm) 其 生命期都約為 2 s,與激發態磷光光譜衰退之生命期是一致的 (圖三十九 (a) 插圖),
表示激發態的衰退是回到基態才會有相同之生命期。因此便可藉由瞬時吸收光譜之動力 學來判斷錯合物被激發後之反應機制。
圖三十九:(a) 瞬時吸收光譜全光譜。插圖為 450 nm bleach 以及 620 nm 冷光衰退之 動力學。(b) 基態及激發態樣品電子躍遷示意圖。
圖四十分別為錯合物的冷光光譜及瞬時吸收光譜之動力學,黑色及紫色線則代表未 加入以及加入淬熄劑後之反應。首先是看到黑線,激發態的冷光光譜其生命期約為 1130 ns 與瞬時吸收光譜 MLCT band bleach 所測得的是一致的,且 MLCT band bleach 完全 回到零,這結果很清楚地說明了,當未加入淬熄劑時,激發態的錯合物很快地回到基態 才會觀察到相同之生命期 (Eq 16)。
RuII* → RuII + h (16)
當淬熄劑存在時 (紫色線),冷光光譜之生命期變短了約為 800 ns,而瞬時吸收光
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
3.3 (purple)、5.0 (cyan)、10.0 (wine) mM。
三價釕金屬錯合物與溴離子之反應速率
RuII + ArN2+ + h + Br─ → RuII* + ArN2+ + Br─ (17)
350 400 450 500 550 600 650
0.0
譜。溴離子的濃度分別為 0 (black)、50 (red)、100 (blue)、250 (green)、500 (purple) M。550 600 650 700 750 800
(red)、100 (blue)、250 (green)、500 (purple) M。(b) 將橫軸取對數。利用圖四十四氧化態釕錯合物的衰退光譜可擷取出 pseudo-first order reaction 之速 率常數 kobs = kET[Br─],將 pseudo-first order reaction 所觀察到的速率常數對溴離子濃度 作圖為圖四十五,其斜率即為電子傳遞之速率常數 kET(Br) = 4.02 x 109 M-1 s-1。其餘錯合 物之瞬時吸收光譜以及 pseudo-first order reaction 所觀察到的速率常數對溴離子濃度作 圖均列於附圖四十四至六十七,並將得到之數據陳列於表六,另外也利用電化學氧化端
雙分子淬熄反應機構 (激發態釕金屬錯合物與 MV2+
之淬熄反應)
350 400 450 500 550 600 650
0.0
濃度分別為 0 (black)、2.5 (red)、5.0 (blue)、7.5 (green)、10.0 (purple) mM。550 600 650 700 750 800
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
錯合物 3 與 MV2+ 的反應性雖然較差,但仍然有氧化態的釕錯合物被觀察到,圖
三價釕金屬錯合物與碘離子之反應速率
350 400 450 500 550 600 650 0.0
譜。碘離子的濃度分別為 0 (black)、0.6 (red)、1.0 (blue)、10.0 (green)、20.0 (purple)、40.0 (cyan) M。
550 600 650 700 750 800
20.0 (purple)、40.0 (cyan) M。
再藉由瞬時吸收光譜的變化,圖五十二可得到 pseudo-first order reaction 觀察到的