量子点/有机分子界面光致电荷转移过程中量子相干效应的超快相干光谱研究

量子点/有机分子或聚合物界面处的超快光致电子转移过程一直是物理、化学及相关领域研究的热点问题，该过程的机理的了解对量子点/有机材料太阳能电池、光电解化学、光催化、彩色摄影、分子电子学等材料和器件的设计都具有重要意义。最近人们发现，该电子转移过程中，量子相干效应对电子转移过程具有重要影响。目前飞秒时间分辨瞬态吸收光谱或荧光光谱技术是人们通常采用的实验研究手段。但是，遗憾的是上述两种技术对量子相干效应的探测灵敏度不高，并且无法对量子态的相干程度进行调控。本项目提出了一种"宽带多元光子回波技术"，不仅可实现对有机分子电子态及化学健相干振动模的高灵敏度无背景探测，而且可实现对相干振动模的选择激发。本项目将建立和完善该实验技术手段，对上述超快光致电子转移过程中的相干隧道效应进行实验研究，并进行理论分析，进而获得量子相干效应在电子转移过程中的作用，以及利用量子相干效应控制电子转移方向的途径。

基于激发态电子占有率表达式和Frank-Condon 因子唯象公式, 给出了不同重组能、注入能级位置和初始振动波包时激发态振动能级间振动相干效应对光致电子转移速率的影响. 理论与实验结果比较, 证实了唯象公式的合理性。.通过对香豆素343(C343)染料敏化TiO2纳米粒子光致电子转移的荧光和拉曼光谱特性的研究表明, C343染料敏化TiO2纳米粒子稳态吸收光谱和稳态荧光光谱的红移归因于从被吸附的C343染料分子激发态和C343/TiO2复合物到TiO2纳米粒子导带的光致电子转移. 由时间分辨荧光光谱确定了C343染料敏化TiO2纳米粒子的逆向电子转移速率常数为τ1=31 ps. C343 染料敏化TiO2纳米粒子体系拉曼光谱的研究表明, 被吸附在界面处的染料分子主链碳键的伸缩振动和碳环的呼吸运动的振动模式对超快界面光致电子转移有着重要的促进作用..针对光子回波光谱技术探测带宽的局限性，我们利用超连续白光代替普通的飞秒脉冲作为探测光以实现真正的宽谱带探测，并利用其观测到了有机分子体系中激发态上多个振动态的相干过程。此前，人们为了获得更宽的探测范围通常利用双色光子回波技术进行实验。在双色光子回波实验中，每改变一次探测脉冲的波长，人们就要对实验对象进行一次探测。但是，对于每一个单次探测来说，双色光子回波依然是窄带探测，这使其不能够探测某些能量间隔较大的振动态之间的相干。为了解决这个问题，我们利用超连续白光代替普通的飞秒脉冲作为探测脉冲，并将这种方法命名为超连续白光探测光子回波 (Supercontinuum Probing Photon Echo, SCPPE) 光谱技术。