Ultrafast electron transfer dynamics from molecular adsorbates to semiconductor nanocrystalline thin films

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 105, Issue 20, 2001, Pages 4545-4557

  Asbury, John B ^a   Hao, Encai ^a   Wang, Yongqiang ^a   Ghosh, Hirendra N ^a   Lian, Tianquan ^a  

^a EMORY UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIPYRIDINE; CARBOXYLATE; ELECTRONIC COUPLING; MOLECULAR ADSORBATES; ULTRAFAST ELECTRON TRANSFER DYNAMICS; VIBRATIONAL ENERGY RELAXATION PROCESSES;

ABSORPTION SPECTROSCOPY; ELECTRONIC DENSITY OF STATES; INFRARED SPECTROSCOPY; INTERFACES (MATERIALS); MOLECULAR VIBRATIONS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; REDOX REACTIONS; RELAXATION PROCESSES; THIN FILMS; TITANIUM DIOXIDE;

ELECTRON TRANSPORT PROPERTIES;

EID: 0035942915     PISSN: 10895647     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp003485m     Document Type: Article

References (154)

1. Miller, R. J. D.; McLendon, G. L.; Nozik, A. J.; Schmickler, W.; Willig, F. Surface electron-transfer processes; VCH Publishers, Inc.: New York, 1995.
2. Nozik, A. J.; Memming, R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13061.
3. Kamat, P. V. Prog. React. Kinet. 1994, 19, 277-316.
4. Hagfeldt, A.; Gratzel, M. Chem. Rev. 1995, 95, 49-68.
5. Kamat, P. V.; Meisel, D. Semiconductor Nanoclusters--Physical, Chemical, and Catalytic Aspects; Elsevier: Amsterdam, 1997; Vol. 103.
6. Jacobson, K. I.; Jacobson, R. E. Imaging Systems; John Wiley & Sons: New York, 1976.
7. Moser, J. E.; Bonnote, P.; Gratzel, M. Coord. Chem. Rev. 1998, 171, 245-250.
8. Kay, A.; Gratzel, M. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1996, 44, 99-117.
9. Serpone, N. Res. Chem. Intermed. 1994, 20, 953-992.
10. Colvin, V. L.; Schlamp, M. C.; Alivisatos, A. P. Nature 1994, 370, 354-357.
11. Dabbousi, B. O.; Bawendi, M. G.; Onitsuka, O.; Rubner, M. F. Appl. Phys. Lett. 1995, 66, 1316-1318.
12. Oregan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737-740.
13. Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, I.; Humphrybaker, R.; Muller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Gratzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382-6390.
14. Alivisatos, A. P. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13226-13239.
15. Norris, D. J.; Bawendi, M. G. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1996, 53, 16338-16346.
16. Smith, B. A.; Waters, D. M.; Faulharber, A. E.; Kreger, M. A.; Roberti, T. W.; Zhang, J. Z. J. Sol-Gel Sci. Technol. 1997, 9, 1-13.
17. Zhang, J. Z. Acc. Chem. Res. 1997, 30, 423.
18. Kamalov, V. F.; Little, R.; Logunov, S. L.; El-Sayed, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 6381-6384.
19. Hodak, J. H.; Martini, I.; Hartland, G. V. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6958-6967.
20. Zhang, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 7239.
21. Klimov, V. I. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 6112.
22. Empedocles, S.; Bawendi, M. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 389-396.
23. Lewis, N. S. Annu. Rev. Phys. Chem. 1991, 42, 543-80.
24. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265.
25. Newton, M. D. Chem. Rev. 1991, 91, 767.
26. Barbara, P. F.; Meyer, T. J.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13148-13168.
27. Bixon, M.; Jortner, J. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 35.
28. Laser Spectroscopy and Photochemistry on Metal Surface, Part I & II; Dai, H.-L., Ho, W., Eds.; World Scientific Publishing Co.; Singapore, 1995; Vol. 5.
29. Eisenthal, K. B. Chem. Rev. 1996, 96, 1343-1360.
30. Shen, Y. R. Solid State Commun. 1997, 102, 221-229.
31. Richmond, G. L. Anal. Chem. 1997, 69, A536-A543.
32. Lanzafame, J. M.; Palese, S.; Wang, D.; Miller R. J. D.; Muenter, A. A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11020-11033.
33. Ho, W. Surf. Sci. 1994, 300, 996-1007.
34. Culver, J. P.; Li, M.; Sun, Z. J.; Hochstrasser, R. M.; Yodh, A. G. Chem. Phys. 1996, 205, 159-166.
35. Culver, J. P.; Li, M.; Hochstrasser, R. M.; Yodh, A. G. Surf. Sci. 1996, 368, 9-19.
36. Wong, C. M.; McNeill, J. D.; Gaffney, K. J.; Ge, N. H.; Miller, A. D.; Liu, S. H.; Harris, C. B. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 282-292.
37. Harris, C. B.; Ge, N. H.; Lingle, R. L.; McNeil, J. D.; Wong, C. M. Annu. Rev. Phys. Chem. 1997, 48, 711-744.
38. Peremans, A.; Tadjeddine, A.; Zheng, W. Q.; LeRille, A.; Guyot-Sionnest, P.; Thiry, P. A. Surf. Sci. 1996, 368, 384-388.
39. Rosenwaks, Y.; Thacker, B. R.; Ahrenkiel, R. K.; Nozik, A. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 10096-10098.
40. Rosenwaks, Y.; Thacker, B. R.; Nozik, A. J.; Ellingson, R. J.; Burr, K. C.; Tang, C. L. J. Phys. Chem. 1994, 98, 2739.
41. Ryba, G. N.; Kenyon, C. N.; Lewis, N. S. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13814-13819.
42. Memming, R. Top. Curr. Chem. 1994, 169, 105.
43. Smalley, J. F.; Feldberg, S. W.; Chidsey, C. E. D.; Linford, M. R.; Newton, M. D.; Liu, Y. P. J. Phys. Chem. 1995, 99, 13141-13149.
44. Sachs, S. B.; Dudek, S. P.; Hsung, R. P.; Sita, L. R.; Smalley, J. F.; Newton, M. D.; Feldberg, S. W.; Chidsey, C. E. J. Am. Chem. Soc 1997, 119, 10563-10564.
45. Chidsey, C. E. D. Science 1991, 251, 919-922.
46. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed.; John Wiley & Sons; New York, 2001.
47. Weller, H.; Eychmuller, A. Preparation and Characterization of Semiconductor Nanoparticles. In Semiconductor Nanoclusters: Physical, Chemical, and Catalytic Aspects: Kamat, P. V., Meisel, D., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 1997; pp 5-22.
48. Hannappel, T.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6799-6802.
49. Nozik, A. J.; Ellingson, R. J.; Meieer, A.; Kocha, S.; Smith, B. B.; Hanna, M. Proceedings of the 21st DOE Solar Photochemistry Research Conference, June 7-11, 1997; National Technical Information Service: Springfield, VA, 1997; p 9.
50. Martini, I.; Hartland, G. V.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4826-4830.
51. Martini, I.; Hodak, J. H.; Hartland, G. V.; Kamat, P. V. J. Chem. Phys. 1997, 107, 8064.
52. Cherepy, N. J.; Smestad, G. P.; Gratzel, M.; Zhang, J. Z. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 9342.
53. Tachibana, Y.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 20056-20062.
54. Rehm, J. M.; McLendon, G. L.; Nagasawa, Y.; Yoshihara, K.; Moser, J.; Gratzel, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 9577-9578.
55. Lanzafame, J. M.; Miller, R. J. D.; Muenter, A.; Parkinson, B. J. Phys. Chem. 1992, 96, 2820.
56. Eichberger, R.; Willig, F. Chem. Phys. 1990, 141, 159-173.
57. Blackbourn, R. L.; Johnson, J. S.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1060.
58. Burfeindt, B.; Hannapel, T.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. 1996, 100, 16463.
59. Liu, D.; Fessenden, R. W.; Hug, G. L.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2583-2590.
60. Murakoshi, K.; Yanagida, S.; Capel, M.; Castner, J. E. W. ACS Symp. Ser. 1997, 679, 221.
61. Haque, S. A.; Tachibana, Y.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102.
62. Yan, S. G.; Hupp, J. T. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 1493-1495.
63. Yan, S. G.; Hupp, J. T. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17.
64. Zaban, A.; Ferrere, S.; Gregg, B. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 452.
65. Zaban, A.; Ferrere, S.; Sprague, J.; Gregg, B. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 55-57.
66. Vinodgopal, K.; Hua, X.; Dahlgren, R. L.; Lappin, A. G.; Patterson, L. K.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. 1995, 99, 10883-10889.
67. Fessenden, R. W.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. 1995, 99, 12902-12906.
68. Argazzi, R.; Bignozzi, C. A.; Heimer, T. A.; Castellano, F. N.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2591-2597.
69. Heimer, T. A.; Meyer, G. J. J. Lumin. 1996, 70, 468-478.
70. Heimer, T. A.; Darcangelis, S. T.; Farzad, F.; Stipkala, J. M.; Meyer, G. J. Inorg. Chem. 1996, 35, 5319-5324.
71. Ford, W. E.; Rodgers, M. A. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 3822.
72. Liu, D.; Kamat, P. V.; Thomas, K. G.; Thomas, K. J.; Das, S.; George, M. V. J. Chem. Phys. 1997, 106, 6404.
73. Owrutsky, J. C.; Raftery, D.; Hochstrasser, R. M. Annu. Rev. Phys. Chem. 1994, 45, 519-555.
74. Cavicchia, M. A.; Alfano, R. R. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1995, 51, 9629-9633.
75. Woerner, M.; Elsaesser, T.; Kaiser, W. Phys. Rev. B 1992, 45, 8378.
76. Faist, J.; Capasso, F.; Sivco, D. L.; Sirtori, C.; Hutchinson, A. L.; Cho, A. Y. Science 1994, 264, 553.
77. Ghosh, H. N.; Asbury, J. B.; Weng, Y.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 10208-10215.
78. Ghosh, H. N.; Asbury, J. B.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6482-6486.
79. Weng, Y.-X.; Wang, Y.-Q.; Asbury, J. B.; Ghosh, H. N.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 93-104.
80. Ellingson, R. J.; Ashbury, J. B.; Ferrere, S.; Ghosh, H. N.; Sprague, J. R.; Lian, T.; Nozik, A. J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6455-6458.
81. Asbury, J. B.; Ghosh, H. N.; Ellingson, R. J.; Ferrere, S.; Nozik, A. J.; Lian, T. Ultrafast Phenomena XI; Springer Series in Chemical Physics; Springer: Berlin, Germany, 1998; p. 639.
82. Asbury, J. B.; Wang, Y.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6643-6647.
83. Ellingson, R. J.; Asbury, J. B.; Ferrere, S.; Ghosh, H. N.; Sprague, J. R.; Lian, T.; Nozik, A. J. Z. Phys. Chem. (Muenchen) 1999, 212, 77-84.
84. Asbury, J. B.; Ellingson, R. J.; Ghosh, H. N.; Ferrere, S.; Nozik, A. J.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3110-3119.
85. Asbury, J. B.; Hao, E.; Wang, Y.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 11957-11964.
86. Wang, Y.; Asbury, J. B.; Lian, T. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4291-4299.
87. Asbury, J. B.; Wang, Y. Q.; Hao, E. C.; Ghosh, H. N. Lian, T. Res. Chem. Intermed. 2001 (in press).
88. Ghosh, H. N.; Asbury, J. B.; Lian, T. PINSA-A: Proc. Indian Natl. Sci. Acad., Part A 2000, 66, 177-197.
89. Heimer, T.; Heilweil, E. J. Ultrafast Phenomena XI; Springer Series in Chemical Physics; Springer: Berlin, Germany, 1998; p 505.
90. Heimer, T.; Heilweil, E. J. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10990-10993.
91. Guyot-Sionnest, P.; Hines, M. A. Appl. Phys. Lett. 1998, 72, 686-688.
92. Guyot-Sionnest, P.; Shim, M.; Matranga, C.; Hines, M. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1999, 60, R2181-R2184.
93. Shim, M.; Shilov, S.; Braiman, M. S.; Guyot-Sionnest, P. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1494.
94. Klimov, V. I.; Schwartz, C. J.; McBranch, D. W.; Leatherdale, C. A.; Bawendi, M. G. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1999, 60, R2177-R2180.
95. Klimov, V. I.; McBranch, D. W.; Leatherdale, C. A.; Bawendi, M. G. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1999, 60, 13740-13749.
96. Shum, K.; Wang, W. B.; Alfano, R. R.; Jones, K. M. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 3904.
97. Pankove, J. I. Optical Processes in Semiconductors: Dover: New York, 1975.
98. McElroy, R.; Wynne, K. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 3078-3081.
99. Venables, D. S.; Schmuttenmaer, C. A. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4935-4944.
100. Haran, G.; Sun, W. D.; Wynne, K.; Hochstrasser, R. M. Chem. Phys. Lett. 1997, 274, 365.
101. J. B. Asbury, E. C. Hao, and T. Lian, manuscript in preparation.
102. J. B. Asbury, E. Hao, and T. Lian, unpublished results.
103. H. N. Ghosh, J. B. Asbury, and T. Lian, unpublished results.
104. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1965, 43, 679.
105. Gerischer, H. Semiconductor Electrochemistry. In Physical Chemistry: An Advance Treatise; Eyring, H., Henderson, D., Jost W. Eds.; Academic Press: New York, 1970; Vol. 9A, p 463.
106. Gerischer, H. Z. Phys. Chem. Frankfurt 1961, 27, 48.
107. Levich, V. G.; Dogonadze, R. R. Dokl. Akad. Nauk SSSR 1959, 124, 123.
108. Wynne, K.; Hochstrasser, R. M. Coherence and Adiabaticity in Ultrafast Electron Transfer. In Electron Transfer: From Isolated Molecules to Biomolecules, Part II; Jortner, J., Bixon, M., Eds.; Adv. Chem. Phys., 1999; Vol. 107, p 263.
109. Bixon, M.; Jortner, J.; Cortes, J.; Heitele, H.; Michelbeyerle, M. E. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7289-7299.
110. Weaver, M. J.; McManis, G. E.; Jarzeba, W.; Barbara, P. F. J. Phys. Chem. 1990, 94, 1715.
111. Gao, Y. Q.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6351-6360.
112. Gosavi, S.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2067-2072.
113. Gao, Y. Q.; Georgievskii, Y.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 2000, 112, 3358-3369.
114. Gruenele, M. Adv. Chem. Phys. 2000, 114, 193.
115. Boroda, Y. G.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6168-6183.
116. Schmickler, W. J. Electroanal. Chem. 1986, 204, 31.
117. Smith, B. B.; Halley, J. W.; Nozik, A. J. Chem. Phys. 1996, 205, 245-267.
118. Smith, B. B.; Nozik, A. J. Chem. Phys. 1996, 205, 47-72.
119. Haque, S. A.; Tachibana, Y.; Willis, R. L.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 538-547.
120. Nelson, J. Phys. Rev. B 1999, 59, 15374.
121. Hannappel, T.; Zimmermann, C.; Meissner, B.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3651.
122. Moser, J. E.; Noukakis, D.; Bach, U.; Tachibana, Y.; Klug, D.; Durrant, J. R.; Humphry-Baker, R.; Gratzel, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3649.
123. Martini, I.; Hodak, J. H.; Hartland, G. V. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 9508.
124. Burfeindt, B.; Ramakrishna, S.; Zimmermann, C.; Meissner, B.; Hannappel, T.; Storck, W.; Willig, F. Ultrafast Phenomena XI; Springer Series in Chemical Physics; Springer: Berlin, Germany, 1998; p 636.
125. Damrauer, N. H.; Cerullo, G.; Yeh, A.; Boussie, T. R.; Shank, C. V.; McCusker, J. K. Science 1997, 275, 54.
126. Nazeeruddin, M. K.; Pechy, P.; Gratzel, M. Chem. Commun. 1997, 1705-1706.
127. Heimer, T. A.; Bignozzi, C. A.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11987-11994.
128. Desilvestro, J.; Gratzel, M.; Kavan, L.; Moser, J. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 2988-2990.
129. Worl, L. A;; Duesing, R.; Chen, P.; Ciana, L. D.; Meyer, T. J. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1991, 849-858.
130. Asbury, J. B.; Ghosh, H. N.; Yeston, J. S.; Bergman, R. G.; Lian, T. Organometallics 1998, 17, 3417-3419.
131. Arrivo, S. M.; Dougherty, T. P.; Grubbs, W. T.; Heilweil, E. J. Chem. Phys. Lett. 1995, 235, 247-254.
132. Lian, T.; Bromberg, S. E.; Asplund, M.; Yang, H.; Harris, C. B. J. Phys. Chem. 1996, 100, 11994.
133. Desilvestro, J.; Pons, S.; Vrachnou, E.; Gratzel, M. J. Electroanal. Chem. 1988, 246, 411.
134. Moser, J.; Punchihewa, S.; Infelta, P. P.; Gratzel, M. Langmuir 1991, 7, 3012-3018.
135. Liu, Y.; Dadap, J. I.; Zimdars, D.; Eisenthal, K. B. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 2480.
136. Henrich, V.; Cox, P. The Surface Science of Metal Oxides; Cambridge University Press: Cambridge, U.K., 1996.
137. Enright, B.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1027.
138. Becka, A. M.; Miller, C. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 2657.
139. Miller, C.; Gratzel, M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 5225.
140. Finklea, H. O.; Hanshew, D. D. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3173.
141. Gu, Y.; Waldeck, D. H. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 9015-9028.
142. Gu, Y.; Waldeck, D. H. J. Phys. Chem. 1996, 100, 9573-9576.
143. Newton, M. D.; Sutin, N. Annu. Rev. Phys. Chem. 1984, 35, 437.
144. Portela, C. F.; Brunckova, J.; Richards, J. L.; Schollhorn, B.; Iamamoto, Y.; Magde, D.; Traylor, T. G.; Perrin, C. L. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 10540-10552.
145. Scholes, G. D.; Ghiggino, K. P. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8873-8883.
146. Ursenbach, C. P.; Calhoun, A.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 2811.
147. Calhoun, A.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10746-10753.
148. Ursenbach, C. P.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 1995, 103, 7569-7575.
149. Jortner, J.; Bixon, M.; Ratner, M. A. Proc. Indian Acad. Sci., Chem. Sci. 1997, 109, 365-377.
150. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13061-13066.
151. Lu, H.; Prieskorn, J. N.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4927-4928.
152. Myers, A. B. Chem. Phys. 1994, 180, 215-230.
153. Steigerwald, M. L.; Brus, L. E. Acc. Chem. Res. 1990, 23, 183-188.
154. Bawendi, M. G.; Steigerwald, M. L.; Brus, L. E. Annu. Rev. Phys. Chem. 1990, 41, 477-496.