Excited-State Metal-to-Ligand Charge Transfer Dynamics of a Ruthenium(II) Dye in Solution and Adsorbed on TiO2 Nanoparticles from Resonance Raman Spectroscopy

Journal of the American Chemical Society

Volumn 125, Issue 50, 2003, Pages 15636-15646

  Shoute, Lian C T ^a   Loppnow, Glen R ^a  

^a UNIVERSITY OF ALBERTA   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRONIC COUPLINGS; METAL-TO-LIGAND CHARGE TRANSFER (MLCT);

ABSORPTION SPECTROSCOPY; DYES; ELECTRONIC STRUCTURE; NANOSTRUCTURED MATERIALS; RAMAN SPECTROSCOPY; RUTHENIUM; TITANIUM OXIDES;

CHARGE TRANSFER;

BIPYRIDINE DERIVATIVE; ISOTHIOCYANIC ACID DERIVATIVE; LIGAND; METAL; NANOPARTICLE; RUTHENIUM; SOLVENT; TITANIUM DIOXIDE;

ADSORPTION; ARTICLE; ENERGY; MOLECULAR DYNAMICS; RAMAN SPECTROMETRY; SPECTRAL SENSITIVITY; TIME; VIBRATION;

EID: 0348110652     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja035231v     Document Type: Article

References (116)

1. (a) Jacobson, K. I.; Jacobson, R. E. Imaging Systems, John Wiley & Sons: New York, 1976.
2. (b) Tani, T. J. Imaging Sci. 1990, 34, 143.
3. (c) Tani, T.; Suzumoto, T.; Ohzeki, K. J. Phys. Chem. 1990, 94, 1298-1301.
4. Kiess, H. Prog. Surf. Sci. 1997, 9, 113.
5. (a) Hagfeldt, A. Gratzel, M. Chem. Rev. 1995, 95, 49-68.
6. (b) Hagfeldt, A.; Gratzel, M. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 269-277.
7. (c) O'Regan, B.; Gratzel, M. Nature 1991, 353, 737-739.
8. Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Roficio, I.; Humphry-Baker, R.; Muller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Gratzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993. 115, 6382-6390.
9. Nazeeruddin, M. K.; Pechy, P.; Renouard, T.; Zakeeruddin, S. M.; Humphery-Baker, R.; Comte, P.; Liska, P.; Cevey, L.; Costa, E.; Shklover, V.; Spiccia, L.; Deacon, G. B.; Bignozzi, C. A.; Gratzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1613-1624.
10. Ferrere, S.; Gregg, B. A. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7602-7605.
11. He, J.; Benko, G.; Korodi, F.; Polivka, T.; Lomoth, R.; Akermark, B.; Sun, L.; Hagfeldt, A.; Sundstrom, V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4922-4932.
12. Wang, Z.-S.; Li, F.-Y.; Huang, C.-H. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9210-9217.
13. (a) Hara, H.; Sato, T.; Katoh, R.; Furube, A.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga, S.; Sayama, K.; Sugihara, H.; Arakawa, H. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 597-606.
14. (b) Yanagida, M.; Islam, A.; Tachibana, Y.; Fujihashi, G.; Katoh, R.; Sugihara, H.; Arakawa, H. New J. Chem. 2002, 26, 963-965.
15. (a) Matsumoto, M.; Wada, Y.; Kitamura, T.; Shigaki, K.; Inoue, T.; Ikeda, M.; Yanagida, S. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2001, 74, 387-393.
16. (b) Ito, S.; Ishikawa, K.; Wen, C.-J.; Yoshida, S.; Watanabe, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2000, 73, 2609-2614.
17. (c) Stergiopoulos, T.; Arabatzis, I. M.; Katsaros, G.; Falaras, P. Nanoletters 2002, 2, 1259-1261.
18. (a) Balzani, V.; Juris, A.; Venturi, M.; Campagna, S.; Serroni, S. Chem. Rev. 1996, 96, 759-833.
19. (b) Juris, A.; Balzani, V.; Barigelletti, F.; Campagna, S.; Belser, P.; Von Zelewsky. A. Coord. Chem. Rev. 1988, 84, 85-277.
20. (c) Balzani, V.; Campagna, S.; Denti, G.; Juris, A.; Serroni, S.; Venturi, M. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 26-34.
21. (a) Meyer, T. J. Pure Appl. Chem. 1986, 58, 1193-1206.
22. Lumpkin, R. S.; Kober, E. M.; Worl, L. A.; Murtaza, Z.; Meyer, T. J. J. Phys. Chem. 1990, 94, 239-243.
23. (b) Durham, B.; Caspar, J. V.; Nagle, J. K.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4803-4810.
24. (c) Crosby, G. A. Acc. Chem. Res. 1975, 8, 231-238.
25. (a) Thompson, D. W.; Wishart, J. F.; Brunschwig, B. S.; Sutin, N. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 8117-8122.
26. (b) Ponce, A.; Gray, H. B.; Winkler, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8187-8191.
27. (c) Rudmann, H.; Shimada, S.; Rubner, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 4918-4921.
28. Bhashikuttan, A. C.; Suzuki, M.; Nakashima, S.; Okada, T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8398-8405.
29. Staffilani, M.; Belser, P.; Hartl, F.; Kleverlaan, C. J.; Cola, L. D. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 9242-9250.
30. (a) Waterland, M. R.; Kelley, D. F. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 4019-4028.
31. (b) Cushing, J. P.; Butoi, C.; Kelley, D. F. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 7222-7230.
32. (a) Yeh, A. T.; Shank, C. V.; McCusker, J. K. Science 2000, 289, 935-938.
33. (b) Damrauer, N. H.; Cerullo, G.; Yeh, A.; Boussie, T. R.; Shank, C. V.; McCusker, J. K. Science 1997, 275, 54-57.
34. (c) Damrauer, N. H.; McCusker, J. K. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 8440-8446.
35. (d) Monat, J. E.; McCusker, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4092-4097.
36. Shaw, G. B.; Brown, C. L.; Papanikolas, J. M. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1483-1495.
37. (a) Benko, G.; Kallioinen, J.; Korppi-Tommola, J. E. I.; Yartsev, A. P.; Sundstrom, V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 489-493.
38. (b) Kallioinen, J.; Benko, G.; Sundstrom, V.; Korppi-Tommola, J. E. I.; Yartsev, A. P. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4396-4404.
39. (a) Asbury, J. B.; Hao, E.; Wang, Y.; Ghosh, H. N.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4545-4557.
40. (b) Asbury, J. B.; Ellingson, R. J.; Ghosh, H. N.; Ferrere, S.; Nozik A. J.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3110-3119.
41. (c) Ellingson, R. J.; Asbury, J. B.; Ferrere, S.; Ghosh, H. N.; Sprague, J. J.; Lian, T.; Nozik, A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6455-6458.
42. Hannappel, T.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6799-6802.
43. Hannappel, T.; Zimmermann, C.; Meissner, B.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3651-3652.
44. (a) Tachibana, Y.; Haque, S. A.; Mercer, I. P.; Durrant, J. R.; Klug, D. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1198-1205.
45. (b) Tachibana, Y.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 20056-20062.
46. (a) Durrant, J. R.; Tachibana, Y.; Mercer, I. P.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Klug, D. R. Z. Phys. Chem. 1999, 212, 93.
47. (b) Moser, J. E.; Noukakis, D.; Bach, U.; Tachibana, Y.; Klug, D. R.; Durrant, J. R.; Humphry-Baker, R.; Gratzel, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3649-3650.
48. Heimer, T. A.; Heilweil, E. J.; Bignozzi, C. A.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4256-4262.
49. Kallioinen, J.; Lehtovuori, V.; Myllyperkio, P.; Korppi-Tommola, J. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 217-221.
50. (a) Nelson, J.; Haque, S. A.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. Phys. Rev. B. 2001, 63, 205321-9.
51. (b) 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.
52. (c) Haque, S. A.; Tachibana, Y.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 1745-1749.
53. (d) Pelet, S.; Moser, J. E.; Gratzel, M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1791-1795.
54. Kuciauskas, D.; Freund, M. S.; Gray, H. B.; Winkler, J. R.; Lewis, N. S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 392-403.
55. (a) Kay, A.; Gratzel, M. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6272-6277.
56. (b) He, J.; Hagfeldt, A.; Lindquist, S.-E.; Grennberg, H.; Korodi, F.; Sun, L.; Akermark, B. Langmuir 2001, 17, 2743-2747.
57. (c) Wang, Z.-S.; Li, F.-Y.; Huang, C.-H, Wang, L.; Wei, M.; Jin, L.-P.; Li, N.-Q. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9676-9682.
58. (d) Islam, A.; Sugihara, H.; Yanagida, M.; Hara, K.; Fujihashi, G.; Tachibana, Y.; Katoh, R.; Murata, S.; Arakawa, H. New J. Chem. 2002, 26, 966-968.
59. (e) Ren, Y.-J.; Tian, H.; Cai, S.-M. New J. Chem. 2002, 26, 184-187.
60. Shoute, L. C. T.; Loppnow, G. R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 842-850.
61. (a) Lilichenko, M.; Tittlebach-Helmrich, D.; Verhoeven, J. W.; Gould, I. R.; Myers, A. B. J. Chem. Phys. 1998, 109, 10958-10968.
62. (b) Kulinowski, K.; Gould, I. R.; Ferris, N. S.; Myers, A. B. J. Phys. Chem. 1995, 99, 17715-17723.
63. (a) Blackbourn, R. L.; Johnson, C. S.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1060-1062.
64. (b) Hupp, J. T.; Williams, R. D. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 808-817.
65. (c) Selmarten, D. C.; Hupp, J. T. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 3909-3916.
66. (a) Huber, R.; Sporlein, S.; Moser, J. E.; Gratzel, M.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 8995-9003.
67. (b) Kormann, C.; Bahnemann, D. W.; Hoffmann, M. R. J. Phys. Chem. 1988, 92, 5196-5201.
68. Fraga, E.; Webb, M. A.; Loppnow, G. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 3278-3287.
69. Trulson, M. O.; Mathies, R. A. J. Chem. Phys. 1986, 84, 2068-2074.
70. Schomacker, K. T.; Delaney, J. K.; Champion, P. M. J. Chem. Phys. 1986, 85, 4240-4247.
71. Albrecht, A. C.; Hutley, M. C. J. Chem. Phys. 1971, 55, 4438-4443.
72. (a) Lee, S. Y.; Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1979, 71, 4777-4788.
73. (b) Tannor, D. J.; Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1982, 77, 202-218.
74. (a) Myers, A. B.; Mathies, R. A. Resonance Raman Intensities: A Probe of Excited-State Structure and Dynamics. In Biological Applications of Raman Spectroscopy: Spiro, T. G., Ed.; Wiley: New York, 1987; Vol. 2, p 1.
75. (b) Myers, A. B. Excited Electronic State Properties from Ground-state Resonance Raman Intensities. In Laser Techniques in Chemistry; Myers, A. B., Rizzo, T. R., Eds. Wiley: New York, 1995; p 325.
76. (c) Kelley, A. M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 6891-6903.
77. Egolf, D. S.; Waterland, M. R.; Kelley, A. M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10727-10737.
78. Mukamel, S. Principles of nonlinear optical spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
79. Li, B.; Johnson, A. E.; Mukamel, S.; Myers, A. B. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 11039-11047.
80. Moser, J. E.; Bonnote, P.; Gratzel, M. Coord. Chem. Rev. 1998, 171, 245-250.
81. (a) Greijer, H.; Lindgren, J.; Hagfeldt, A. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6314-6320.
82. (b) Goff, A. H.-L.; Joiret, S.; Falaras, P. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9569-9575.
83. (c) Zakeeruddin, S. M.; Nazeeruddin, M. K.; Pechy, P.; Rotzinger, F. P.; Humphry-Baker, R.; Kalyanasundaram, K.; Gratzel, M.; Shklover, V.; Haiback, T. Inorg. Chem. 1997, 36, 5937-5946.
84. (a) Strommen, D. P.; Mallick, P. K.; Danzer, G. D.; Lumpkin, R. S.; Kincaid, J. R. J. Phys. Chem. 1990, 94, 1357-1366.
85. (b) Mallick, P. K.; Danzer, G. D.; Strommen, D. P.; Kincaid, J. R. J. Phys. Chem. 1988, 92, 5628-5634.
86. Maillick, P. K.; Danzer, G. D.; Strommen, D. P.; Kincaid, J. R. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 1686-1690.
87. Umapathy, S.; Lee-Son, G.; Hester, R. E. J. Mol. Struct. 1989, 194, 107-116.
88. (a) Murakoshi, K.; Kano, G.; Wada, Y.; Yanagida, S.; Miyazaki, H.; Matsumoto, M.; Murasawa, S. J. Electroanal. Chem. 1995, 396, 27-34.
89. (b) Meyer, T.; Meyer, G. J.; Pfennig, B. W.; Schoonoover, J. R.; Timpson, C. J.; Wall, J. F.; Kobusch, C.; Xiaohong, C.; Peek, B. M.; Wall, C. G.; Ou, W.; Erickson, B. W.; Bignozzi, C. A. Inorg. Chem. 1994, 33, 3952-3964.
90. (c) Fillinger, A.; Parkinson, B. A. J. Electrochem. Soc. 1999, 146, 4559-4564.
91. Finnie, K.; Bartlett, J. R.; Woolfrey, J. L. Langmuir 1998, 14, 2744-2749.
92. (a) Dallinger, R. F.; Woodruff, W. H. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 4391-4393.
93. (b) Bradley, P. G.; Kress, N.; Hornberger, B. A.; Dallinger, R. F.; Woodruff, W. H. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 7441-7446.
94. Hamaker, H. C. Physica 1937, 4, 1058.
95. (a) Maruszewski, K.; Bajdor, K.; Strommen, D. P.; Kincaid. J. R. J. Phys. Chem. 1995, 99, 6286-6293.
96. (a) Doorn, S. K.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 4704-4712.
97. (c) Berger, R. M.; McMillin, D. R. Inorg. Chim. Acta 1990, 177, 65-69.
98. Heller, E. J.; Sundberg, R. L.; Tannor, D. J. Phys. Chem. 1982, 86, 1822-1833.
99. Streiff, J.; McHale, J. L. J. Chem. Phys. 2000, 112, 841-850.
100. (a) Zewail, A. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 2586-2631.
101. (b) Diau, E. W.-G.; Herek, J. L.; Kim, Z. H.; Zewail, A. H. Science 1998, 279, 847-851.
102. (c) Peteanu, L. A.; Schoenlein, R. W.; Wang, Q.; Mathies, R. A.; Shank, C. V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1993, 90, 11762-11766.
103. (d) Owrutsky, J. C.; Li, M.; Locke, B.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 4842-4846.
104. (e) Saito, T.; Kobayashi, T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 9436-9441.
105. (a) Miller, S. E.; Zhao, Y.; Schaller, R.; Mulloni, V.; Just, E. M.; Johnson, R. C.; Wasielewski, M. R. Chem. Phys. 2002, 275, 167-183.
106. (b) Walker, G. C.; Akesson, E.; Johnson, A. E.; Levinger, N. E.; Barbara, P. F. J. Phys. Chem. 1992, 96, 3728-3736.
107. (c) Osuka, A.; Noya, G.; Taniguchi, S.; Okada T.; Nishimura, Y.; Yamazaki, I.; Mataga, N. Chem.-Eur. J. 2000, 6, 33-46.
108. He, J.; Hagfeldt, A.; Lindquist, S.-E.; Grennberg, H.; Korodi, F.; Sun, L.; Akerrnark, B. Langmuir 2001, 17, 2743-2747.
109. Benko, G.; Hilgendorff, M.; Yartsev, A. P.; Sundstrom, V. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 967-974.
110. (a) Rehm, J. M.; McLendon, G. L.; Nagasawa, Y.; Yoshihara, K.; Moser, J. ; Gratzel, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 9577-9578.
111. (b) Ghosh, H. N.; Asbury, J. B.; Lian, T. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6482-6486.
112. Huber, R.; Moser, J.-E.; Gratzel, M.; Wachtveitl, J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 6494-6499.
113. (a) Gao, Y. Q.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6351-6360.
114. (b) Gosavi, S.; Marcus, R. A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2067-2072.
115. (c) Gao, Y. Q.; Georgievskii, Y.; Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 2000, 112, 3358-3369.
116. (d) Ramakrishna, S.; Willig, F.; May, V. J. Chem. Phys. 2001, 115 (6), 2743-2756.