Структура, интерфейсные явления и оптические свойства наноансамблей на основе полупроводниковых квантовых точек Ag-In-S/ZnS и молекул порфиринов
На основании спектрально-люминесцентных данных и результатов квантово-химических расчетов (метод ММ+) проанализированы интерфейсные явления и изменения спектральных свойств взаимодействующих компонентов в самособирающихся наноансамблях, сформированных за счет электростатических взаимодействий положительно заряженных тетра-метилпиридилпорфиринов (свободных оснований) и отрицательно заряженных стабилизированных глутатионом полупроводниковых AgInS/ZnS/GSH квантовых точек (КТ) в воде (pH 7.5) при 298 К. В рамках разработанной согласованной по размерам квантово-химической 3D-модели КТ предложена Детальная физикохимическая последовательность процессов, происходящих на поверхности КТ при взаимодействии с присоединенной молекулой порфирина, сопровождающаяся быстрым формированием Zn-комплекса порфирина и его хемосорбцией на SH-поверхность КТ. Полученные результаты являются основой для количественного анализа путей и механизмов релаксации экситонного возбуждения в наноансамблях данного типа.
1. H. Barhom, C. Carmeli, I. Carmeli. J. Phys. Chem. B, 125 (2021) 722—728
2. K. D. Wolfe, D. Dervishogullari, C. D. Stachurski, J. M. Passantino, G. K. Jennings, D. E. Cliffel. Chem. Electro. Chem., 7 (2020) 596—603
3. Z. Jin, N. Dridi, G. Palui, V. Palomo, J. V. Jokerst, P. E. Dawson, Q.-X. Amy Sang, H. Mattoussi. Anal. Chem., 95, N 5 (2023) 2713—2722 ,
4. S. Navalon, A. Dhakshinamoorthy, M. Alvaro, B. Ferrer, H. Garcia. Chem. Rev., 123, N 1 (2023) 445—490
5. Multiporphyrin Arrays: Fundamentals and Applications, Singapore, Ed. D. Kim, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd. (2012)
6. E. I. Zenkevich, C. von Borczyskowski. In: Biophysical and Physicochemical Studies of Tetrapyrroles, Eds. K. Kadish, K. M. Smith, R. Guilard, Singapore, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. (2012) 68—159
7. K. Biswas, M. Urbani, A. Sanchez-Grande, D. Soler-Polo, K. Lauwaet, A. Matej, P. Mutombo, L. Veis, J. Brabec, K. Pernal, J. M. Gallego, R. Miranda, D. Eci.ja, P. Jelinek, T. Torres, J. I. Urgel. J. Am. Chem. Soc., 144, N 28 (2022) 12725—12731
8. H. Jing, J. Rong, M. Taniguchi, J. S. Lindsey. Coord. Chem. Rev., 456 (2022) 214278, https://doi.org/10.1016Zj.ccr.2021.214278
9. P. P. Roy, S. Kundu, J. Valdiviezo, G. Bullard, J. T. Fletcher, R. Liu, S. J. Yang, P. Zhang, D. N. Beratan, M. J. Therien, N. Makri, G. R. Fleming. J. Am. Chem. Soc., 144, N 14 (2022) 6298—6310
10. J. Zhang, X. Lu, Y. Sun, J. Liu, Y. Dong, H. Li, C. Li, Y. Yi, L. Jiang. ACS Mater. Lett., 4 (2022) 548—553
11. D. J. Li, Q. H. Li, Z. G. Gu, J. Zhang. Nano Lett., 21 (2021) 10012—10018
12. Y. Y. Enakieva, E. A. Zhigileva, A. N. Fitch, V. V. Chernyshev, I. A. Stenina, A. B. Yaroslavtsev, A. A. Sinelshchikova, K. A. Kovalenko, Y. G. Gorbunova, A. Yu. Tsivadze. Dalton Transact., 50, N 19 (2021) 6549—6560
13. Т. Н. Годнев. Хлорофилл. Его строение и образование в растении, Минск, Наука и техника (1963)
14. Хлорофилл, под ред. А. А. Шлыка, Минск, Наука и техника (1974) 416
15. И. Д. Волотовский. Фотобиология и мембранная биофизика, Минск, Технопринт (1999)
16. Г. П. Гуринович, А. Н. Севченко, К. Н. Соловьев. Спектроскопия хлорофилла и родственных соединений, Минск, Наука и техника (1968)
17. Г. П. Гуринович А. М. Шульга. Биофизика, 13, № 1 (1968) 42—48
18. Г. П. Гуринович, В. П.Субоч, А. П. Лосев, А. Н. Севченко. Докл. АН СССР, 194, № 3 (1970) 723—726
19. Б. М. Джагаров, Е. И. Сагун, Г. П. Гуринович. Журн. прикл. спектр., 15, № 3 (1971) 476—480
20. А. П. Лосев, Э. И. Зенькевич, Е. И. Сагун. Журн. прикл. спектр., 27, № 2 (1977) 244—247
21. Г. П. Гуринович, И. Ф. Гуринович, Н. М. Ксенофонтова, С. Н. Терехов. Журн. прикл. спектр., 43, № 1 (1985) 75—82
22. Г. П. Гуринович, Б. М. Джагаров, Ю. В. Тиминский, В. С. Чирвоный. Докл. АН СССР, 247, № 3 (1979) 728—731
23. I. M. Byteva, G. P.Gurinovich. J. Lumin., 21 (1979) 17—20
24. Э. И. Зенькевич. Рос. хим. журн., LXI, № 3 (2017) 110—142
25. S. Francesca, J. W. H. Wennink, P. I. Makinen, L. P. Holappa, P. N. Trohopoulus, S. Yla-Herttuala, C. van Nostrum, A. Escosura, T. Torres. J. Mater. Chem. B, 8 (2020) 282—289
26. K. Pal. Hybrid Nanocomposites: Fundamentals, Synthesis, and Applications, USA, Jenny Stanford Publishing (2019)
27. V. Lesnyak. J. Phys. Chem. Lett., 12 (2021) 12310—12322
28. M. La Rosa, E. H. Payne, A. Credi. Chem. Open, 9 (2020) 200—213
29. E. Jang, H. Jang. Chem. Rev. (2023), https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00695
30. E. I. Zenkevich, E. I. Sagun, V. N. Knyukshto A. S. Stasheuski, V. A. Galievsky, A. P. Stupak, T. Blaudeck, C. von Borczyskowski. J. Phys. Chem. C., 115 (2011) 21535—21545
31. F. A. Sewid, K. I. Annas, A. Dubavik, A. V. Veniaminov, V. G. Maslov, A. O. Orlova. RSC Adv., 12 (2022) 899—906
32. A. Y. Rybkin, A. Y. Belik, N. S. Goryachev, P. A. Mikhaylov, O. A. Kraevaya, N. V. Filatova, I. I. Parkhomenko, A. S. Peregudov, A. A. Terent'ev, E. A. Larkina, A. F. Mironov, P. A. Troshin, A. I. Kotelnikov. Dyes and Pigments, 180 (2020) 108411
33. E. Zenkevich, T. Blaudeck, V. Sheinin, O. Kulikova, O. Selyshchev, V. Dzhagan, O. Koifman, C. von Borczyskowski, D. R. T. Zahn. J. Mol. Struct., 1244 (2021) 131239
34. X. T. Yu, S. Y. Sui, Y. X. He, C. H. Yu, Q. Peng. Biomater. Adv., 135 (2022) 212725
35. T. P. Martyanov, S. A. Tovstun, S. G. Vasil'ev, E. G. Martyanova, M. G. Spirin, A. V. Kozlov, L. S. Klimenko, S. B. Brichkin, V. F. Razumov. J. Nanopart. Res., 24, N 7 (2022), doi: 10.1007/s11051-022-05513-4
36. N. Wu, N. Kirkwood, N. S. Neto, R. Pervin, P. Mulvaney, W. H. Wong. J. Phys. Chem. C, 127, N 4 (2023) 2116—2126
37. J. J. Calvin, A. S. Brewer, A. P. Alivisatos. Nature Synthesis, 1 (2022) 127—137
38. E. Zenkevich, C. von Borczyskowski. Self-Assembled Organic-Inorganic Nanostructures: Optics and Dynamics, Singapore, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd. (2016)
39. Y. Hamanaka, T. Ogawa, M. Tsuzuki, K. Ozawa, T. Kuzuya. J. Lumin., 133 (2013) 121—124
40. C. Ruan, Y. Zhang, M. Lu, C. Ji, C. Sun, X. Chen, H. Chen, V. L. Colvin, W. W. Yu. Nanomaterials, 6, N 1 (2016) 13, https://doi.org/10.3390/nano6010013
41. S. R. Thomas, C. W. Chen, M. Date, Y. C. Wang, H. W. Tsai, Z. M. Wang, Y. L. Chueh. RSC Adv., 6 (2016) 60643—60656
42. I. V. Martynenko, A. S. Baimuratov, F. Weigert, J. X. Soares, L. Dhamo, P. Nickl, I. Doerfel, J. Pauli, I. D. Rukhlenko, A. V. Baranov, U. Resch-Genger. Nano Res., 12 (2019) 1595—1603
43. A. Raevskaya, V. Lesnyak, D. Haubold, V. Dzhagan, O. Stroyuk, N. Gaponik, D. R. T. Zahn, A. Eychmuller. J. Phys. Chem. C, 121 (2017) 9032—9042
44. O. Stroyuk, A. Raevskaya, F. Spranger, O. Selyshchev, V. Dzhagan, S. Schulze, D. R. T. Zahn, A. Eychmuller. J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 13648—13658
45. O. Stroyuk, F. Weigert, A. Raevskaya, F. Spranger, C. Wurth, U. Resch-Genger, N. Gaponik, D. R. T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 2632—2641
46. V. Dzhagan, O. Selyshchev, O. Raievska, O. Stroyuk, L. Hertling, N. Mazur, M. Valakh, D. R. T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 124 (2020) 1551—1552
47. O. Stroyuk, O. Raievska, C. Kupfer, D. Solonenko, A. Osvet, M. Batentschuk, C. J. Brabec, D. R. T. Zahn. J. Phys. Chem. C, 125 (2021) 12185—12197
48. R. Wang, Y. Shang, P. Kanjanaboos, W. Zhou, Z. Ning, E. H. Sargent. Energy Environ. Sci., 9 (2016) 1130—1143
49. R. C. Pleus, V. Murashov. Physico-Chemical Properties of Nanomaterials, USA, Pan Stanford (2018)
50. M. A. Boles, D. Ling, T. Hyeon, D. V. Talapin. Nat. Mater., 2 (2016) 141—153
51. S. Chen, M. Ahmadiantehrani, N. G. Publicover, K. W. Hunter, Jr., X. Zhu. RSC Adv., 5, N 74 (2015) 60612—60620
52. M. D. Regulacio, K. Y. Win, S. L. Lo, S.-Y. Zhang, X. Zhang, S. Wang, M.-Y. Han, Y. Zheng. Nanoscale, 5, N 6 (2013) 2322—2327
53. I. A. Mir, V. S. Radhakrishanan, K. Rawat, T. Prasad, H. B. Bohidar. Sci. Rep., 8, N 1 (2018) 1—12
54. М. С. Истомина, Н. А. Печникова, Д. В. Королёв, Е. И. Почкаева, Д. С. Мазинг, М. М. Галагудза, В. А. Мошников, Е. В. Шляхто. Вестн. Рос. гос. мед. ун-та, № 6 (2018) 103—110
55. И. Г. Мотевич, Э. И. Зенькевич, А. Л. Строюк, А. Е. Раевская, О. М. Куликова, В. Б. Шейнин, О. И. Койфман, Д. Р. Т. Цан, Н. Д. Стрекаль. Журн. прикл. спектр., 87, № 6 (2020) 926—935
56. E. I. Zenkevich, V. B. Sheinin, O. M. Kulikova, O. I. Koifman. J. Porphyrins and Phthalocyanines, 27 (2023) 19, https://dx.doi.org/10.1142/S1088424623500323
57. J. Lakowicz. Principles of Fluorescence Spectroscopy, New York, Springer (2006)
58. I. Trenkmann, T. Blaudeck, C. von Borczyskowski. In: Self-Assembled Organic-Inorganic Nanostructures: Optics and Dynamics, Eds. E. I. Zenkevich, C. von Borczyskowski, USA, Pan Stanford Publishing Pte. Ltd., Ch. 4 (2016) 215—243
59. J. E. Falk. Porphyrins and Metalloporphyrins, Ed. K. M. Smith, Elsevier Scientific Publ. Co. (1975)
60. Y. Pan, L. Li, F. Qiu, Y. Wei, W. Hua, G. Tian. J. Chem. Phys., 150, N 16 (2019) 164308, doi: 10.1063/1.5090964
61. J. K. M. Sanders, N. Bampos, Z. Clyde-Watson, S. L. Darling, J. C. Hawley, H. J. Kim, C. C. Mak, S. Webb. In: The Porphyrin Handbook, Eds. K. M. Kadish, K. M. Smith, R. Guilard, New York, Acad. Press, 3, Ch. 15 (2000)
62. J. Zito, I. Infante. Acc. Chem. Res., 54 (2021) 1555—1564
63. G. D. Barmparis, Z. Lodziana, N. Lopez, I. N. Remediakis. Beilstein J. Nanotechnol., 6 (2015) 361—368
64. S. V. Kilina, P. K. Tamukong, D. S. Kilin. Acc. Chem. Res., 49 (2016) 2127—2135
65. C. Giansante. J. Phys. Chem. C, 122 (2018) 18110—18116
66. C. L. Hartley, M. L. Kessler, J. L. Dempsey. J. Am. Chem. Soc., 143 (2021) 1251—1266
67. I. Du Fosse, S. Lal, A. N. Hossaini, I. Infante, A. J. Houtepen. J. Phys. Chem. C, 125 (2021) 23968—23975
68. J. J. Calvin, E. A. O’Brien, A. B. Sedlak, A. D. Balan, A. P. Alivisatos. ACS Nano, 15 (2021) 1407—1420
69. J. J. Calvin, A. S. Brewer, A. P. Alivisatos. Nature Synthesis, 1 (2022) 127—137
70. A. L. Efros, L. E. Brus. ACS Nano, 15 (2021) 6192—6210
71. E. Zenkevich, A. Stupak, C. Gohler, C. Krasselt, C von Borczyskowski. ACS Nano, 9 (2015) 2886—2903
72. Z. Hens, J. C. Martins. Chem. Mater., 25 (2013) 1211—1221
73. I. Moreels, B. Fritzinger, J. C. Martins, Z. Hens. J. Am. Chem. Soc., 130 (2008) 15081—15086
74. D. H. Webber, R. L. Brutchey. Dalt. Trans., 41 (2012) 7835—7838
75. J. J. Buckley, M. J. Greaney, R. L. Brutchey. Chem. Mater., 26 (2014) 6311—6317
76. Y. Shen, R. Tan, M. Y. Gee, A. B. Greytak. ACS Nano, 9 (2015) 3345—3359
77. V. Dzhagan, O. Selyshchev, E. Havryliuk, N. Mazur, O. Raievska, O. Stroyuk, S. Kondratenko, A. P. Litvinchuk, M. Y. Valakh, D. R. T. Zahn. Materials (Basel), 14 (2021) 3593, doi: 10.3390/ma14133593
78. F. Knittel, E. Gravel, E. Cassette, T. Pons, F. Pillon, B. Dubertret, E. Doris. Nano Lett., 13 (2013) 5075—5078
79. J. W. Ball, D. K. Nordstrom. Open-File Rep. (1991) 90—129
80. M. Tachiya. Chem. Phys. Lett., 33 (1975) 289—292
81. A. J. Morris-Cohen, V. Vasilenko, V. A. Amin, M. G. Reuter, E. A. Weiss. ACS Nano, 6 (2012) 557—565
82. G. Beane, K. Boldt, N. Kirkwood, P. Mulvaney. J. Phys. Chem. C, 118 (2014) 18079—18086
83. A. Stupak, T. Blaudeck, E. Zenkevich, S. Krause, C. von Borczyskowski. Phys. Chem. Chem. Phys., 20 (2018) 18579—18600