Procesy fotoindukowane w betalainach - Wendel, Monika (My University, 2017)
Betalainy to barwniki występujące w roślinach z rzędu goździkowców i w grzybach wyższych. Celem tej pracy jest wyjaśnienie fotoprotekcyjnej roli betalain na poziomie molekularnym poprzez opis mechanizmu dezaktywacji fotowzbudzonych betalain. Zbadany został wpływ struktury barwnika, lepkości i polarności rozpuszczalnika, długości fali wzbudzenia, stężenia barwnika w roztworze na fotofizykę betalain, jak również ich właściwości na powierzchni TiO2 lub Al2O3. Wyniki pokazują, że dezaktywacja populacji betalain w stanie S1 przebiega głównie na drodze konwersji wewnętrznej. Stwierdzono silną korelację pomiędzy lepkością rozpuszczalnika a długością czasu życia stanu S1 i wydajnością kwantową fluorescencji ϕf betalain. Wyjaśnieniem jest bezpromienista relaksacja S1→S0 spowodowana skręceniem geometrii barwnika, proces ten ulega spowolnieniu w bardzo lepkim rozpuszczalniku. Innym czynnikiem utrudniającym zmianę geometrii barwnika w roztworze jest możliwość tworzenia wiązań wodorowych zarówno wewnątrzcząsteczkowych, jak i międzycząsteczkowych. Ogniwa słoneczne zbudowane w oparciu o betacyjaniny wykazały wyższą sprawność konwersji światła na prąd, niż na bazie betaksantyn. Wstrzykiwanie elektronów ze stanu wzbudzonego S1 betalain do TiO2 (proces pożądany) limituje konkurencyjny proces konwersji wewnętrznej S1→S0.

Betalains are dyes that occur in a plant families belonging to the Caryophyllales and to higher fungi. The aim of this work is to explain the photoprotective role of belalains at the molecular level by description of the mechanism of deactivation of the photoexcited betalains. These studies were aimed at description of the influence of the dye structure, solvent viscosity and polarity, light excitation wavelength and dye concentration on photophysical properties of betalains, as well as their behavior as adsorbed dyes on TiO2 or Al2O3 surface. Results show that main betalains S1 state deactivation process is internal conversion. A strong correlation has been found between the solvent viscosity and betalain S1 state lifetime as well as the fluorescence quantum yield ϕf. It can be explained by the radiationless S1→S0 process caused by twisting of the dye geometry, this process slows down in a very viscous solvent. Important factor hampering the change in the dye geometry is the dye ability to form both intramolecular and intermolecular hydrogen bonds in solution. Betacyanin-based DSSC show a higher sunlight to current conversion efficiency in comparison to the cells based on betaxanthins. The electron injection from betalain in the excited S1 state to TiO2 (desirable process) is limited by competing S1→S0 internal conversion process.
Photoinduced processes in betalains
Wydział Fizyki
Keywords: Absorpcja przejściowa; ogniwa sensybilizowane barwnikiem; betaksantyny; betacyjaniny; betalainy; Transient absorption; dye-sensitized solar cells; betaxanthins