Superexchange electron tunneling mediated by solvent molecules: Pulsed electron paramagnetic resonance study on electronic coupling in solvent-separated radical ion pairs

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 108, Issue 29, 2004, Pages 10226-10240

  Kobori, Yasuhiro ^a   Yago, Tomoaki ^b   Akiyama, Kimio ^b   Tero Kubota, Shozo ^b   Sato, Hirofumi ^c   Hirata, Fumio ^d   Norris Jr , James R ^e  

^a UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^b TOHOKU UNIVERSITY   (Japan)

^c KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^d GRADUATE UNIVERSITY FOR ADVANCED STUDIES   (Japan)

^e UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ELECTRON TRANSFER (ET); ELECTRONIC COUPLINGS; RADICAL ION PAIRS;

CRYSTAL LATTICES; DIFFUSION; ELECTRON TUNNELING; IONIZATION; LASER ABLATION; LIGHT EMITTING DIODES; PHONONS; SOLVENTS;

PARAMAGNETIC RESONANCE;

EID: 3442901077     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp036925t     Document Type: Article

References (124)

1. Page, C. C.; Moser, C. C.; Chen, X. X.; Dutton, P. L. Nature 1999, 402, 47.
2. Sikes, H. D.; Smalley, J. F.; Dudek, S. P.; Cook, A. R.; Newton, M. D.; Chidsey, C. E. D.; Feldberg, S. W. Science 2001, 291, 1519.
3. Galoppini, E.; Guo, W. Z.; Qu, P.; Meyer, G. J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 4342.
4. Balabin, I. A.; Onuchic, J. N. Science 2000, 290, 114.
5. Kelley, S. O.; Barton, J. K. Science 1999, 283, 375.
6. Lewis, F. D.; Wu, T. F.; Zhang, Y. F.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Wasielewski, M. R. Science 1997, 277, 673.
7. Lancaster, C. R. D.; Kroger, A.; Auer, M.; Michel, H. Nature 1999, 402, 377.
8. Giese, B.; Amaudrut, J.; Kohler, A. K.; Spormann, M.; Wessely, S. Nature 2001, 412, 318.
9. Lewis, F. D.; Liu, X. Y.; Liu, J. Q.; Miller, S. E.; Hayes, R. T.; Wasielewski, M. R. Nature 2000, 406, 51.
10. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1956, 24, 966.
11. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265.
12. Miller, J. R.; Beitz, J. V. J. Chem. Phys. 1981, 74, 6746.
13. Zimmt, M. B.; Waldeck, D. H. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 3580.
14. Miller, J. R. Science 1975, 189, 221.
15. McConnel, H. J. Chem. Phys. 1961, 35, 508.
16. Penfield, K. W.; Miller, J. R.; Paddonrow, M. N.; Cotsaris, E.; Oliver, A. M.; Hush, N. S. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 5061.
17. Lukas, A. S.; Bushard, P. J.; Wasielewski, M. R. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 2074.
18. Paddon-Row, M. N.; Shephard, M. J. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 2935.
19. Johnson, M. D.; Miller, J. R.; Green, N. S.; Closs, G. L. J. Phys. Chem. 1989, 93, 1173.
20. Closs, G. L.; Miller, J. R. Science 1988, 240, 440.
21. Bixon, M.; Giese, B.; Wessely, S.; Langenbacher, T.; Michel-Beyerle, M. E.; Jortner, J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999, 96, 11713.
22. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3906.
23. Voityuk, A. A.; Rosch, N.; Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9740.
24. Voiryuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rosch, N. Chem. Phys. Lett. 2000, 324, 430.
25. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rosch, N. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5614.
26. Troisi, A.; Orlandi, G. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2093.
27. Tong, G. S. M.; Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2381.
28. Jortner, J.; Bixon, M.; Voityuk, A. A.; Rosch, N. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 7599.
29. Bixon, M.; Jortner, J. Chem. Phys. 2002, 281, 393.
30. Porath, D.; Bezryadin, A.; de Vries, S.; Dekker, C. Nature 2000, 403, 635.
31. Bixon, M.; Jortner, J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12556.
32. Lewis, F. D.; Letsinger, R. L.; Wasielewski, M. R. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 159.
33. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12950.
34. Meggers, E.; Kusch, D.; Spichty, M.; Wille, U.; Giese, B. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 460.
35. Onuchic, J. N.; Beratan, D. N. J. Chem. Phys. 1990, 92, 722.
36. Regan, J. J.; Risser, S. M.; Beratan, D. N.; Onuchic, J. N. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13083.
37. Langen, R.; Chang, I. J.; Germanas, J. P.; Richards, J. H.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Science 1995, 265, 1733.
38. Murata, S.; Matsuzaki, S. Y.; Tachiya, M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 5354.
39. Murata, S.; Tachiya, M. J. Phys. Chem. 1996, 100, 4064.
40. Tavernier, H. L.; Kalashnikov, M. M.; Payer, M. D. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10191.
41. Tavernier, H. L.; Fayer, M. D. J. Chem. Phys. 2001, 114, 4552.
42. Langen, R.; Colon, J. L.; Casimiro, D. R.; Karpishin, T. B.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Biol. Inorg. Chem. 1996, 1, 221.
43. Anderson, P. W. Phys. Rev. 1959, 115, 2.
44. Bixon, M.; Jortner, J.; Michelbeyerle, M. E. Phys. Chem. Chem. Phys. 1993, 180, 193.
45. Volk, M.; Haberle, T.; Feick, R.; Ogrodnik, A.; Michelbeyerle, M. E. J. Phys. Chem. 1993, 97, 9831.
46. Sekiguchi, S.; Kobori, Y.; Akiyaraa, K.; Tero-Kubota, S. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1325.
47. Kobori, Y.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 465.
48. Kobori, Y.; Sekiguchi, S.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 5416.
49. Lukas, A. S.; Bushard, P. J.; Weiss, E. A.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3921.
50. MUSS, L. T.; Atkins, P. W.; McLauchlan, K. A.; Pedersen, J. B. Chemically Induced Magnetic Polarization; Reidel: Dordrecht, The Netherlands, 1977.
51. Pedersen, J. B. Freed, J. H. J. Chem. Phys. 1973, 59, 2869.
52. Pedersen, J. B. Freed, J. H. J. Chem. Phys. 1973, 58, 2746.
53. Pedersen, J. B. Freed, J. H. J. Chem. Phys. 1975, 62, 1790.
54. Vanwilligen, H.; Levstein, P. R.; Ebersole, M. H. Chem. Rev. 1993, 93, 173.
55. Adrian, F. J. J. Chem. Phys. 1970, 53, 3374.
56. Adrian, F. J. J. Chem. Phys. 1971, 54, 3912.
57. Adrian, F. J. J. Chem. Phys. 1971, 54, 3918.
58. Adrian, F. J. J. Chem. Phys. 1972, 57, 5107.
59. Yago, T.; Kobori, Y.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10074.
60. Kobori, Y.; Yago, T.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9722.
61. Kobori, Y.; Yago, T.; Tero-Kubota, S. Appl. Magn. Reson. 2003, 23, 269.
62. Miller, J. R.; Beitz, J. V.; Huddleston, R. K. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 5057.
63. Ponce, A.; Gray, H. B.; Winkler, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8187.
64. Segal, B. G.; Kaplan, M.; Fraenkel, G. K. J. Chem. Phys. 1965, 43, 4191.
65. Nagaoka, S.; Ishihara, K. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7361.
66. Atkins, P. W.; Evans, G. T. Mol. Phys. 1975, 29, 921.
67. Pedersen, J. B.; Freed, J. H. J. Chem. Phys. 1975, 62, 1706.
68. Yago, T.; Kobori, Y.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. Chem. Phys. Lett. 2003, 369, 49.
69. Batohelor, S. N.; Heikkila, H.; Kay, C. W. M.; McLauehlan, K. A.; Shkrob, I. A. Chem. Phys. 1992, 162, 29.
70. Sasaki, S.; Kobori, Y.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 8078.
71. Kobori, Y.; Takeda, K.; Tsuji, K.; Kawai, A.; Obi, K. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 5160.
72. Savitsky, A. N.; Paul, H.; Shushin, A. I. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 9091.
73. Taehikawa, T.; Kobori, Y.; Akiyama, K.; Katsuki, A.; Steiner, U. E.; Tero-Kubota, S. Chem. Phys. Lett. 2002, 360, 13.
74. Levstein, P. R.; Vanwilligen, H. J. Chem. Phys. 1991, 95, 900.
75. Ebersole, M.; Levstein, P. R.; Vanwilligen, H. J. Phys. Chem. 1992, 96, 9310.
76. Jager, M.; Norris, J. R. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3659.
77. Fujisawa, J.; Ohba, Y.; Yamauchi, S. Chem. Phys. Lett. 1998, 294, 248.
78. Murov, S. L.; Carmichael, I.; Hug, G. L. Handbook of Photochemistry, 2nd ed.; Marcel Dekker: New York. 1993.
79. Calvo, R.; Abresch, E. C.; Bittl, R.; Feher, G.; Hofbauer, W.; Isaacson, R. A.; Lubitz, W.; Okamura, M. Y.; Paddock, M. L. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7327.
80. Kitahama, Y.; Kimura, Y.; Hirota, N. Bull Chem. Soc. Jpn. 2000, 73, 851.
81. Vath, P.; Zimmt, M. B.; Matyushov, D. V.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 9130.
82. Davis, W. B.; Ratner, M. A.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 7877.
83. Sato, H.; Kobori, Y.; Tero-Kubota, S.; Hirata, F. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2753.
84. Vath, P.; Zimmt, M. B. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 2626.
85. Marcus, Y. Introduction to Liquid-State Chemistry; Wiley amp; Sons: New York, 1977.
86. Budavari, S. The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals, 11th ed.; Merck amp; Co.: Rathway, NJ, 1989.
87. Riddick, J.; Bunger, W. B. Organic Solvents; Physical Properties and Methods of Purification, 3rd ed.; Wiley-Interscience: New York, 1970.
88. Weast, R. C. CRC Handbook of Chemistry and Physics; CRC Press: Boca Raton, FL, 1995.
89. Nagaoka, S.; Ishihara, K. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7361.
90. Zelent, B.; Kusba, J.; Gryczynski, I.; Johnson, M. L.; Lakowicz, J. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 18592.
91. Herre, W.; Weis, P. Spectrochim. Acta 1973, 29A. 203.
92. Tung, C.; Zhang, L.; Li, Y.; Cao, H.; Tanimoto, Y. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5348.
93. Ganesan, V.; Rosokha, S. V.; Kochi, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2559.
94. Tavernier, H. L.; Laine, F.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 8944.
95. Balakrishnan, G.; Keszthelyi, T.; Wilbrandt, R.; Zwier, J. M.; Brouwer, A. M.; Buma, W. J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 1834.
96. Sakanoue, K.; Motoda, M.; Sugimoto, M.; Sakaki, S. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 5551.
97. Khandelwal, S. C.; Roebber, J. L. Chem. Phys. Lett. 1975, 34, 355.
98. Nakato, Y.; Abe, K.; Tsubomura, H. Chem. Phys. Lett. 1976, 39, 358.
99. Gould, I. R.; Young, R. H.; Mueller, L. J.; Albrecht, A. C.; Farid, S. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3147.
100. eq.
101. Cordeiro, J. M. M. Int. J. Quantum Chem. 1997, 65, 709.
102. Koga, Y.; Kasahara, Y.; Yoshino, K.; Nishikawa, K. J. Solution Chem. 2001, 30, 885.
103. Gaines, G. L.; Oneil, M. P.; Svec, W. A.; Niemczyk, M. P.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 719.
104. Klug, D. D.; Mishima, O.; Whalley, E. J. Chem. Phys. 1987, 86, 5323.
105. Wuttke, D. S.; Bjerrum, M. J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Science 1992, 255, 1007.
106. Babini, E.; Bertini, I.; Borsari, M.; Capozzi, F.; Luchinat, C.; Zhang, X. Y.; Moura, G. L. C.; Kurnikov, I. V.; Beratan, D. N.; Ponce, A.; Di Bilio, A. J.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4532.
107. Kirby, J. P.; Roberts, J. A.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 9230.
108. Yang, J.; Seneviratne, D.; Arbatin, G.; Andersson, A. M.; Curtis, J. C. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5329.
109. Derege, P. J. F.; Williams, S. A.; Therien, M. J. Science 1995, 269, 1409.
110. Watanabe, K.; Nakayama, T.; Mottl, J. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 1962, 2, 369.
111. Desfrancois, C.; Periquet, V.; Carles, S.; Schermann, J. P.; Smith, D. M. A.; Adamowicz, L. J. Chem. Phys. 1999, 110, 4309.
112. Araki, M.; Sato, S. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10542.
113. Wentworth, W. E.; Kao, L. W.; Becker, R. S. J. Phys. Chem. 1975, 79, 1161.
114. Potzinger, P.; Stracke, H.-U.; Kupper, W.; Gollnick, K. Z. Naturforsch. A 1975, 30, 340.
115. Gochel-Dupuis, M.; Delwiche, J.; Hubin-Franskin, M.-J.; Collin, J. E. Chem. Phys. Lett. 1992, 193, 41.
116. Bailey, C. G.; Dessent, C. E. H.; Johnson, M. A.; Bowen, K. A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6976.
117. Holmes, J. L.; Lossing, F. P. Can. J. Chem. 1982, 60, 2365.
118. Holmes, J. L.; Lossing, F. P. Org. Mass Spectrom. 1991, 26, 537.
119. Reutt, J. E.; Wang, L. S.; Lee, Y. T.; Shirley, D. A. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6928.
120. Hopfield, J. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1974, 71, 3640.
121. Terazima, M.; Okazaki, T.; Hirota, N. J. Photochem. Photobiol., A 1995, 92, 7.
122. Okamoto, K.; Hirota, N.; Terazima, M. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998, 94, 185.
123. Tachikawa, T.; Kobori, Y.; Akiyama, K.; Katsuki, A.; Usui, Y.; Steiner, U. E.; Tero-Kubota, S. Mol. Phys. 2002, 100, 1413.
124. Tachiya, M.; Murata, S. J. Phys. Chem. 1992, 96, 8441.