利用尖端飛秒雷射技術研究重要有機分子的光物理與光化學

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

利用尖端飛秒雷射技術研究重要有機分子的光物理與光化

學

計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC94-2113-M-009-016- 執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 國立交通大學應用化學系(所) 計畫主持人： 刁維光 報告類型： 精簡報告 報告附件： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處理方式： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 94 年 10 月 28 日

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九十三年度「凝態超快反應/緩解動力學的研究」期末報告

一、簡介 由吾人主持設於國立交通大學應化系之「飛秒化學實驗室」自 從民國九十一年開始正常運作並進入第四個年頭。在本期末報告中我 們將呈現在本實驗室完成的豐碩成果。 二、研究成果

(1) Photoisomerization Dynamics of Azobenzene

利用本實驗組所建立的飛秒螢光上轉換技術，我們成功地量測

了此分子在 S1激發下之不同螢光放光波長的超快動力行為，並首先

將此結果發表在當年中國化學會為慶祝創會七十周年的專刊上(J.

Chin. Chem. Soc. 2002, 49, 693-701)—到今(九十四)年九月底為止此論

文已被國際期刊引用了十四次，對一個以物理化學專業導向的論文而 言，這是一個豐碩的成果，並也顯示此研究課題的重要性。另外，我 們也利用高階理論計算對此分子在激發態順反異構化的勢能面做了 詳盡的研究—計算結果推翻了先前二十多年來普遍認同的「反轉機 制」，此重要結果也已發表在美國化學會物理化學期刊上(J. Phys. Chem. A 2004, 108, 950-956)—到九十四年九月底為止此論文已被國 際期刊引用了九次。我們更進一步地利用飛秒螢光非等向動力學的技

2 術對反式偶氮苯的 S1激發態緩解過程做了深入的探討—我們首次提 出「轉動機制」在實驗上的具體證據並與理論計算的結果相互驗證， 同時我們亦詳盡地分析了其可能的光化學反應路徑與激發態動力學 間的關聯性，並充分討論所有文獻上的結果以試圖解決此一文獻上存 在的重大爭議。我們已將此突破性的研究成果發表在最具權威性的美

國化學會期刊上(J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10109-10118)—到九十

四年九月底為止的一年內此論文已被國際期刊引用了七次之多。

此外，我們也與德國 Hohenheim 大學的 Hermann Rau 教授合作，

由其提供轉動被限制住的兩個反式偶氮苯衍生物，在本實驗室進行超 快螢光動力學的研究，所研究的偶氮苯衍生物的化學結構如下所示: NN N N S S N N N N S S S S N N azobenzeno-2S-phane azobenzeno-4S-phane 4,4'-dimethylazobenzene 我們的研究結果顯示，雖然 2S 偶氮分子的轉動受到限制，它們在激 發態的非輻射緩解亦相當快速；但是當 4S 偶氮分子的轉動及扭動都 被嚴格的限制住後，分子的緩解過程明顯地變慢。我們的研究說明了 苯環的扭動對分子的緩解扮演相當重要的角色，這個工作也已發表在 美國化學會物理化學期刊上(J. Phys. Chem. A 2005, 109, 2090-2099)。

(2) Fluorescent Organic Nanostructures in Water/THF Solutions

3 不錯的成果產生。許教授實驗室所合成的有機化合物 PPB: 其具有在 THF 中不放螢光但當此分子聚集而成奈米粒子後放出非常 強的螢光之特性。我們利用時間解析螢光光譜的技術再配合理論計 算、SEM 以及 X-ray 的量測對此系統做了非常深入的探討。我們的研 究顯示，螢光的強弱可以由粒子的大小來控制；粒子愈大螢光愈強。 我們的結果已發表在美國化學會物理化學期刊上(J. Phys. Chem. B 2005, 109, 13472-13478)。 三、未來展望 我們一如計劃積極地進行的跨領域的合作：和鍾文聖教授合作來 研究偶氮衍生物在奈米環境中(例如α-, β-,及 γ-環胡精)的光物理 及光化學﹔和許慶豐教授合作來研究 OLED 及其他高分子材料(例如 Carbazole 衍生物)的發光機制﹔和許千樹教授合作來研究奈米材料 (例如有機共軛發光材料)的發光機制等等，並計劃在未來和本系李耀 坤教授及本校生科系吳東昆教授合作來切入重要生化體系的研究工 作。吾人相信本實驗室正在進行以及其後續的研究對本校未來基礎科 學研究的發展及其衝擊是可以預見的。