Manipulation of excited-state relaxation pathways in functional transition metal complexes  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
134976
Type PD
Principal investigator Pápai, Mátyás Imre
Title in Hungarian Gerjesztett állapotok közötti relaxációs folyamatok manipulációja funkcionális átmenetifém-komplexekben
Title in English Manipulation of excited-state relaxation pathways in functional transition metal complexes
Keywords in Hungarian átmenetifém-komplex, gerjesztett állapotok dinamikája, kvatumdinamika, nemadiabatikus dinamika
Keywords in English transition metal complex. excited-state dynamics, quantum dynamics, nonadiabatic dynamics
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Quantum chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Material Science by Nuclear Methods Department (Wigner Research Centre for Physics)
Starting date 2020-11-01
Closing date 2023-10-31
Funding (in million HUF) 25.500
FTE (full time equivalent) 2.40
state running project





 

Final report

  
Results in Hungarian
Jelen kutatási projektünkben fotofunkcionális átmenetifém-komplexek gerjesztés által kiváltott dinamikáját vizsgáltuk elméleti számításokkal. A [Fe(NCH)6]2+ modellkomplexet alkalmazva kifejkeszetettünk egy új metodológiát szingulett-triplett-kvintett dinamika szimulációjára. Ezen komplex vizsgálatához egy szinergikus eljárást használtunk, melynek lényege, hogy egzakt kvantumdinamikai szimulációkhoz a módusokat teljes dimenziós szemiklasszikus ún. „trajectory surface hopping (TSH)”-módszerrel választjuk ki. Ezután fotofunkcionális vaskomplexek dinamikáját szimuláltuk teljes dimenziós (>100D) TSH-val. Ezen szimulációkkal kapott eredményeink jelentősen hozzájárultak olyan vaskomplexek ultragyors dinamikájának értelmezésében, amelyek kulcsfontosságúak egyes alkalmazások, úgy, mint például a molekuláris adattárolás és fotokatalízis szempontjából. A [Fe(terpy)2]2+ komplex (terpy = 2,2’:6’,2”-terpiridin) szingulett-triplett-kvintett dinamikájának értelmezésével tisztázni tudtuk Fe(II)-polipiridinek egy évtizeden át vitatott fény által kiváltott kapcsolásának mechanizmusát. Ezenfelül a [Fe(bmip)2]2+ (bmip = 2,6-bisz(3-metil-imidazol-1-ilidin)-piridin) fényhasznosító molekula dinamikáját tanulmányozva vizsgáltuk, hogy a fotorelaxáció kimenetele miképpen változtatható N-heterociklusos-karbén ligandumok alkalmazásával. A kutatási projekten keresztül részt vettünk további munkákban, melyekben különféle molekulák gerjesztés által kiváltott dinamikáját vizsgáltuk.
Results in English
In the present project, we carried out computational studies aimed to explore the mechanism of excited-state dynamics in photofunctional transition-metal complexes. Employing the [Fe(NCH)6]2+ model complex, we developed a new methodology for the simulation of singlet-triplet-quintet dynamics. For [Fe(NCH)6]2+, we used a synergistic approach, which is based on the selection of modes for exact quantum dynamics (QD) by full-dimensional trajectory surface hopping (TSH). Subsequently, we simulated the excited-state dynamics of photofunctional Fe complexes using TSH, which is well adapted to describe the high-dimensional dynamics (>100D). These simulations led to grand advances in the understanding of the ultrafast dynamics of Fe complexes, being key components in advanced technhologies such as molecular data storage and photocatalysis. By deciphering the singlet-triplet-quintet dynamics of the [Fe(terpy)2]2+ complex (terpy = 2,2’:6’,2”-terpyridine), we offered solution to the decade-long debate on the photoswitching mechanism of Fe(II) polypyridines. Furthermore, we studied how the relaxation pathways can be manipulated by introducing N-heterocyclic carbene (NHC) ligands: we resolved the excited-state dynamics of the first-discovered Fe(II)-NHC photosensitizer [Fe(bmip)2]2+ (bmip = 2,6-bis(3-methyl-imidazole-1-ylidine)-pyridine). The project also resulted in several additional works focused on ultrafast excited-state dynamics in various molecules.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=134976
Decision
Yes





 

List of publications

  
Mátyás Pápai: Photoinduced Low-Spin → High-Spin Mechanism of an Octahedral Fe(II) Complex Revealed by Synergistic Spin-Vibronic Dynamics, INORGANIC CHEMISTRY 60 : 18 pp. 13950-13954. , 5 p., 2021
Valeriu Scutelnic, Shota Tsuru, Mátyás Pápai, Zheyue Yang, Michael Epshtein, Tian Xue, Eric Haugen, Yuki Kobayashi, Anna I. Krylov, Klaus B. Møller, Sonia Coriani, Stephen R. Leone: X-ray transient absorption reveals the (1)A(u) (n pi*) state of pyrazine in electronic relaxation, NATURE COMMUNICATIONS 12 : 1 Paper: 5003 , 8 p., 2021
Mátyás Pápai, Xusong Li, Martin M. Nielsen, Klaus B. Møller: Trajectory surface-hopping photoinduced dynamics from Rydberg states of trimethylamine, PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 23 pp. 10964-10977. , 14 p., 2021
Shota Tsuru, Marta L. Vidal, Mátyás Pápai, Anna I. Krylov, Klaus B. Møller, Sonia Coriani: An assessment of different electronic structure approaches for modeling time-resolved X-ray absorption spectroscopy, STRUCTURAL DYNAMICS 8 : 2 Paper: 024101 , 16 p., 2021
Mátyás Pápai: Toward Simulation of Fe(II) Low-Spin → High-Spin Photoswitching by Synergistic Spin-Vibronic Dynamics, JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION 18 : 3 pp. 1329-1339. , 11 p., 2022
Anna Kristina Schnack-Petersen, Mátyás Pápai, Klaus B. Møller: Azobenzene photoisomerization dynamics: Revealing the key degrees of freedom and the long timescale of the trans-to-cis process, JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY 428 Paper: 113869 , 11 p., 2022
Habiburrahman Zulfikri, Mátyás Pápai, Asmus O. Dohn: Simulating the solvation structure of low- and high-spin [Fe(bpy)(3)](2+): long-range dispersion and many-body effects, PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 24 : 27 pp. 16655-16670. , 16 p., 2022
Peter Vester, Katharina Kubicek, Tadesse A. Assefa, Elisa Biasin, Morten Christensen, Asmus O. Dohn, Tim B. van Driel, Andreas Galler, Wojciech Gawelda, Tobias C. Harlang, Niels E. Henriksen, Kasper S. Kjær, Thomas S. Kuhlmann, Zoltán Németh, Zhangatay Nurekeyev, Mátyás Pápai, György Vankó, Hasan Yavas, Diana B. Zederkof, Uwe Bergmann, Martin M. Nielsen, Klaus B. Møller, Kristoffer Haldrup, Christian Bressler: Tracking structural solvent reorganization and recombination dynamics following e− photoabstraction from aqueous I− with femtosecond X-ray spectroscopy andscattering, JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 157 : 22 Paper: 224201 , 17 p., 2022
Tamás Rozgonyi, György Vankó, Mátyás Pápai: Branching mechanism of photoswitching in an Fe(II) polypyridyl complex explained by full singlet-triplet-quintet dynamics, COMMUNICATIONS CHEMISTRY 6 : 1 Paper: 7 , 6 p., 2023
Mátyás Pápai, Tamás Rozgonyi, György Vankó: Mátyás Pápai, Tamás Rozgonyi, György Vankó: Ultrafast 3MLCT quenching and vibrational coherence: excited-state dynamics of the first-discovered Fe(II)-carbene sensitiser resolved, JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A In press DOI: 10.1039/D3TA05985E, 2023
Sophie E. Canton, Mykola Biednov, Mátyás Pápai, Frederico A. Lima, Tae-Kyu Choi, Florian Otte, Yifeng Jiang, Paul Frankenberger, Martin Knoll, Peter Zalden, Wojciech Gawelda, Ahibur Rahaman, Klaus B. Møller, Christopher Milne, David J. Gosztola, Kaibo Zheng, Marius Retegan, Dmitry Khakhulin: Ultrafast Jahn-Teller Photoswitching in Cobalt Single Ion Magnets, ADVANCED SCIENCE 10 : 21 Paper: 2206880 , 11 p., 2023
Anna Kristina Schnack-Petersen, Mátyás Pápai, Sonia Coriani, Klaus B. Møller: A theoretical study of the time-resolved X-ray absorption spectrum of the photoionized BT-1T cation, STRUCTURAL DYNAMICS 10 : 3 Paper: 034102 , 16 p., 2023
Mátyás Pápai: Photoinduced Low-Spin → High-Spin Mechanism of an Octahedral Fe(II) Complex Revealed by Synergistic Spin-Vibronic Dynamics, INORGANIC CHEMISTRY 60 : 18 pp. 13950-13954. , 5 p. (2021), 2021
Valeriu Scutelnic, Shota Tsuru, Mátyás Pápai, Zheyue Yang, Michael Epshtein, Tian Xue, Eric Haugen, Yuki Kobayashi, Anna I. Krylov, Klaus B. Møller, Sonia Coriani, Stephen R. Leone: X-ray transient absorption reveals the (1)A(u) (n pi*) state of pyrazine in electronic relaxation, NATURE COMMUNICATIONS 12 : 1 Paper: 5003 , 8 p. (2021), 2021
Mátyás Pápai, Xusong Li, Martin M. Nielsen, Klaus B. Møller: Trajectory surface-hopping photoinduced dynamics from Rydberg states of trimethylamine, PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 23 pp. 10964-10977. , 14 p. (2021), 2021
Shota Tsuru, Marta L. Vidal, Mátyás Pápai, Anna I. Krylov, Klaus B. Møller, Sonia Coriani: An assessment of different electronic structure approaches for modeling time-resolved X-ray absorption spectroscopy, STRUCTURAL DYNAMICS 8 : 2 Paper: 024101 , 16 p. (2021), 2021
Mátyás Pápai: Toward Simulation of Fe(II) Low-Spin → High-Spin Photoswitching by Synergistic Spin-Vibronic Dynamics, JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION 18 : 3 pp. 1329-1339. , 11 p. (2022), 2022
Anna Kristina Schnack-Petersen, Mátyás Pápai, Klaus B. Møller: Azobenzene photoisomerization dynamics: Revealing the key degrees of freedom and the long timescale of the trans-to-cis process, JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY 428 Paper: 113869 , 11 p. (2022), 2022
Habiburrahman Zulfikri, Mátyás Pápai, Asmus O. Dohn: Simulating the solvation structure of low- and high-spin [Fe(bpy)(3)](2+): long-range dispersion and many-body effects, PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS 24 : 27 pp. 16655-16670. , 16 p. (2022), 2022
Peter Vester, Katharina Kubicek, Tadesse A. Assefa, Elisa Biasin, Morten Christensen, Asmus O. Dohn, Tim B. van Driel, Andreas Galler, Wojciech Gawelda, Tobias C. Harlang, Niels E. Henriksen, Kasper S. Kjær, Thomas S. Kuhlmann, Zoltán Németh, Zhangatay Nurekeyev, Mátyás Pápai, György Vankó, Hasan Yavas, Diana B. Zederkof, Uwe Bergmann, Martin M. Nielsen, Klaus B. Møller, Kristoffer Haldrup, Christian Bressler: Tracking structural solvent reorganization and recombination dynamics following e− photoabstraction from aqueous I− with femtosecond X-ray spectroscopy andscattering, JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS in press DOI: 10.1063/5.0107224 (2022), 2022



Back »