Published March 17, 2017 | Version v1
Publication Open

Effects of Preferential Solvation Revealed by Time-Resolved Magnetic Field Effects

Creators

  • 1. Graz University of Technology
  • 2. Ho Chi Minh City University of Technology and Education
  • 3. University of Oxford

Description

External magnetic fields can impact recombination yields of photoinduced electron transfer reactions by affecting the spin dynamics in transient, spin-correlated radical pair intermediates. For exciplex-forming donor-acceptor systems, this magnetic field effect (MFE) can be investigated sensitively by studying the delayed recombination fluorescence. Here, we investigate the effect of preferential solvation in microheterogeneous solvent mixtures on the radical pair dynamics of the system 9,10-dimethylanthracene (fluorophore)/N,N-dimethylaniline (quencher) by means of time-resolved magnetic field effect (TR-MFE) measurements, wherein the exciplex emission is recorded in the absence and the presence of an external magnetic field using time-correlated single photon counting (TCSPC). In microheterogeneous environments, the MFE of the exciplex emission occurs on a faster time scale than in iso-dielectric homogeneous solvents. In addition, the local polarity reported by the exciplex is enhanced compared to homogeneous solvent mixtures of the same macroscopic permittivity. Detailed analyses of the TR-MFE reveal that the quenching reaction directly yielding the radical ion pair is favored in microheterogeneous environments. This is in stark contrast to homogeneous media, for which the MFE predominantly involves direct formation of the exciplex, its subsequent dissociation to the magneto-sensitive radical pair, and re-encounters. These observations provide evidence for polar microdomains and enhanced caging, which are shown to have a significant impact on the reaction dynamics in microheterogeneous binary solvents.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يمكن أن تؤثر المجالات المغناطيسية الخارجية على ناتج إعادة التركيب لتفاعلات نقل الإلكترون المستحثة بالضوء من خلال التأثير على ديناميكيات الدوران في الوسطيات الزوجية الجذرية العابرة والمترابطة بالدوران. بالنسبة لأنظمة المستقبلات المانحة لتشكيل exciplex، يمكن فحص تأثير المجال المغناطيسي هذا (MFE) بحساسية من خلال دراسة التألق المتأخر لإعادة التركيب. هنا، نتحقق من تأثير الذوبان التفضيلي في خلائط المذيبات غير المتجانسة الدقيقة على ديناميكيات الزوج الجذري للنظام 9،10 -ثنائي ميثيل أنثراسين (حامل الفلور )/ N، N -ثنائي ميثيل أنيلين (مروي) عن طريق قياسات تأثير المجال المغناطيسي المتحلل بالوقت (TR - MFE)، حيث يتم تسجيل انبعاث exciplex في غياب ووجود مجال مغناطيسي خارجي باستخدام عد الفوتونات الفردي المرتبط بالوقت (TCSPC). في البيئات غير المتجانسة الدقيقة، يحدث MFE لانبعاث exciplex على نطاق زمني أسرع من المذيبات المتجانسة ذات الانحراف الكهربائي المتساوي. بالإضافة إلى ذلك، يتم تعزيز القطبية المحلية التي تم الإبلاغ عنها بواسطة exciplex مقارنة بمخاليط المذيبات المتجانسة من نفس السماحية العيانية. تكشف التحليلات التفصيلية لـ TR - MFE أن تفاعل التبريد الذي ينتج عنه مباشرة زوج الأيونات الجذرية يفضل في البيئات غير المتجانسة الدقيقة. هذا في تناقض صارخ مع الوسائط المتجانسة، والتي ينطوي فيها MFE في الغالب على التكوين المباشر لـ exciplex، وانفصاله اللاحق عن الزوج الجذري الحساس للمغناطيسي، وإعادة اللقاءات. توفر هذه الملاحظات دليلًا على وجود نطاقات صغيرة قطبية وتقفيص محسن، والتي ثبت أن لها تأثيرًا كبيرًا على ديناميكيات التفاعل في المذيبات الثنائية غير المتجانسة الدقيقة.

Translated Description (French)

Les champs magnétiques externes peuvent avoir un impact sur les rendements de recombinaison des réactions de transfert d'électrons photoinduites en affectant la dynamique de spin dans les intermédiaires de paires de radicaux transitoires, corrélés au spin. Pour les systèmes donneur-accepteur formant des exciplexes, cet effet de champ magnétique (MFE) peut être étudié de manière sensible en étudiant la fluorescence de recombinaison retardée. Ici, nous étudions l'effet de la solvatation préférentielle dans des mélanges de solvants microhétérogènes sur la dynamique des paires radicalaires du système 9,10-diméthylanthracène (fluorophore)/N,N-diméthylaniline (quencher) au moyen de mesures d'effet de champ magnétique résolu dans le temps (TR-MFE), dans lesquelles l'émission exciplexe est enregistrée en l'absence et la présence d'un champ magnétique externe à l'aide d'un comptage de photons uniques corrélé dans le temps (TCSPC). Dans les environnements microhétérogènes, l'EMF de l'émission exciplexe se produit sur une échelle de temps plus rapide que dans les solvants homogènes iso-diélectriques. En outre, la polarité locale rapportée par l'exciplexe est améliorée par rapport aux mélanges de solvants homogènes de même permittivité macroscopique. Des analyses détaillées du TR-MFE révèlent que la réaction d'extinction donnant directement la paire d'ions radicaux est favorisée dans les environnements microhétérogènes. Cela contraste fortement avec les milieux homogènes, pour lesquels l'EMF implique principalement la formation directe de l'exciplexe, sa dissociation ultérieure à la paire de radicaux magnéto-sensibles et les rencontres. Ces observations fournissent des preuves de l'existence de microdomaines polaires et d'une mise en cage améliorée, qui ont un impact significatif sur la dynamique de la réaction dans les solvants binaires microhétérogènes.

Translated Description (Spanish)

Los campos magnéticos externos pueden afectar los rendimientos de recombinación de las reacciones de transferencia de electrones fotoinducidas al afectar la dinámica del espín en intermedios de pares de radicales transitorios y correlacionados con el espín. Para los sistemas donador-aceptor formadores de exciplex, este efecto de campo magnético (MFE) se puede investigar con sensibilidad mediante el estudio de la fluorescencia de recombinación retardada. Aquí, investigamos el efecto de la solvatación preferencial en mezclas de disolventes microheterogéneos en la dinámica de pares de radicales del sistema 9,10-dimetilantraceno (fluoróforo)/N,N-dimetilanilina (extintor) por medio de mediciones de efecto de campo magnético resuelto en el tiempo (TR-MFE), en donde la emisión de exciplex se registra en ausencia y presencia de un campo magnético externo utilizando el recuento de fotones individuales correlacionados en el tiempo (TCSPC). En entornos microheterogéneos, la MFE de la emisión del exciplex se produce en una escala de tiempo más rápida que en disolventes homogéneos iso-dieléctricos. Además, la polaridad local informada por el exciplex se mejora en comparación con las mezclas de disolventes homogéneas de la misma permitividad macroscópica. Los análisis detallados del TR-MFE revelan que la reacción de inactivación que produce directamente el par iónico radical se ve favorecida en entornos microheterogéneos. Esto está en marcado contraste con los medios homogéneos, para los cuales la MFE implica predominantemente la formación directa del exciplex, su posterior disociación al par radical magneto-sensible y los reencuentros. Estas observaciones proporcionan evidencia de microdominios polares y enjaulado mejorado, que se ha demostrado que tienen un impacto significativo en la dinámica de reacción en disolventes binarios microheterogéneos.

Files

acs.jpcb.7b00510.pdf

Files (15.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:99518630d7991d593cda8c1cb6cc395e
15.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آثار الحل التفضيلي التي كشفت عنها تأثيرات المجال المغناطيسي المحسوبة بالوقت
Translated title (French)
Effets de la solvatation préférentielle révélés par les effets de champ magnétique à résolution temporelle
Translated title (Spanish)
Efectos de la solvatación preferencial revelados por los efectos de campo magnético resueltos en el tiempo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2593709652
DOI
10.1021/acs.jpcb.7b00510

Is supplement to
https://openalex.org/W4254536785 (Other)
https://openalex.org/W4225094821 (Other)
https://openalex.org/W3044246844 (Other)
https://openalex.org/W2074774938 (Other)
https://openalex.org/W2067207114 (Other)
https://openalex.org/W2038998033 (Other)
https://openalex.org/W1996895506 (Other)
https://openalex.org/W1992757523 (Other)
https://openalex.org/W1521945250 (Other)
https://openalex.org/W1509496066 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W106305946
  • https://openalex.org/W1455989002
  • https://openalex.org/W1485512841
  • https://openalex.org/W1581703093
  • https://openalex.org/W1965025889
  • https://openalex.org/W1967875312
  • https://openalex.org/W1985289339
  • https://openalex.org/W1990588597
  • https://openalex.org/W1993528569
  • https://openalex.org/W1997024315
  • https://openalex.org/W2001270915
  • https://openalex.org/W2008963645
  • https://openalex.org/W2012919252
  • https://openalex.org/W2017845645
  • https://openalex.org/W2018941284
  • https://openalex.org/W2031904472
  • https://openalex.org/W2033154554
  • https://openalex.org/W2038385709
  • https://openalex.org/W2042631320
  • https://openalex.org/W2049840541
  • https://openalex.org/W2051499244
  • https://openalex.org/W2052402962
  • https://openalex.org/W2053791011
  • https://openalex.org/W2055736556
  • https://openalex.org/W2056386258
  • https://openalex.org/W2069375760
  • https://openalex.org/W2069853967
  • https://openalex.org/W2075216912
  • https://openalex.org/W2075511300
  • https://openalex.org/W2077180004
  • https://openalex.org/W2079719114
  • https://openalex.org/W2080345389
  • https://openalex.org/W2085083641
  • https://openalex.org/W2090159770
  • https://openalex.org/W2091175429
  • https://openalex.org/W2094847322
  • https://openalex.org/W2111312765
  • https://openalex.org/W2147756425
  • https://openalex.org/W2150316980
  • https://openalex.org/W2322032055
  • https://openalex.org/W2493041787
  • https://openalex.org/W2606924445
  • https://openalex.org/W4250969500
  • https://openalex.org/W632309539