Photoinduced electron transfer (PET) reaction is a primary reaction in solar cell and photosynthesis. It is important to elucidate the mechanism of PET for constructing highly efficient light energy conversion systems. The theoretical model of Marcus achieved a successful outcome which considers that the thermal fluctuations of solvent molecules surrounding a solute molecule induce PET. However, the effect of quantum-mechanical discrete vibrational level of the solute must be also considered [1]. Recently, it is also suggested that a vibronic coherence could enhance the rate of charge separation reaction in a photosynthetic reaction center [2]. To elucidate the detail effect of intramolecular nuclear wavepacket motion in PET reaction, I have applied femtosecond transient absorption measurement in an ultrafast electron transfer system, a dye dissolved in an electron donating solvent. I will report the theoretical model of electron transfer reaction and my experimental results.
光誘起電子移動(PET)反応は太陽電池や光合成などにおける素過程であり、その機構を解明することは、より高効率な光エネルギー変換システムを構築するために重要な設計指針となる。溶液中の電子移動反応については、溶媒分子が溶質分子に与える熱揺らぎの効果の効果を考慮したMarcusの理論モデルが大きな成功を収めている。一方で、この理論を拡張し、分子内の量子力学的な離散的な振動準位の効果を取り入れる必要がある [1]。さらに、光合成反応中心における電荷分離反応において、振動コヒーレンスが電子移動反応を加速しうるという例も近年報告されている [2]。そこで、電子移動反応に及ぼす分子内核波束運動の効果をより詳細に解明するため、電子供与性溶媒中の色素に対してフェムト秒過渡吸収測定法を適用した。発表では電子移動反応に関する理論モデルについて紹介し、私の実験結果についても紹介する。