Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах
Based on the first principles, we have shown that the decisive role in energy transfer from the fluorophore molecule to the carbon substrate (graphene) is played by the F?rster-type inductive-resonance energy transfer mechanism. The F?rster energy transfer rate can be calculated analytically via Fer...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/732 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543959163076608 |
|---|---|
| author | Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. |
| author_facet | Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. |
| author_sort | Semchuk, O. Yu. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:30:45Z |
| description | Based on the first principles, we have shown that the decisive role in energy transfer from the fluorophore molecule to the carbon substrate (graphene) is played by the F?rster-type inductive-resonance energy transfer mechanism. The F?rster energy transfer rate can be calculated analytically via Fermi’s golden rule with the momentum-dependent initial final states of the graphene substrates and the HOMO (the highest occupied molecular orbital) and LUMO (the lowest unoccupied molecular orbital) states of the dye molecule. Combining first-principle calculations characterizing the hybrid carbon nanomaterials with tight-binding-based consideration of graphene wave functions allows us to obtain an analytical expression for the F?rster energy transfer rate. We constructed graphical dependences of the F?rster energy transfer rate at the distance R between substrate (graphene) and dye molecule for several materials. The results obtained can be applied to various hybrids based on carbon nanostructures and in general to the description of energy transfer processes in molecular functionalized nanostructures, once the molecular dipole moment and the substrate - molecule separation are known. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:24Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-732 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:56Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7322025-06-19T09:30:45Z Inductive-resonance energy transfer in hybrid carbon nanostructures Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. graphene carbon nanotubes functionalized graphene dye molecule Fermi’s golden rule rate of energy transfer fluorophore molecules Förster mechanism Dexter mechanism optoelectronics графен вуглецеві нанотрубки функціоналізований графен молекула барвника золоте правило Фермі швидкість передачі енергії молекули флуорофора механізм Фьорстера механізм Декстера оптоелектроніка Based on the first principles, we have shown that the decisive role in energy transfer from the fluorophore molecule to the carbon substrate (graphene) is played by the F?rster-type inductive-resonance energy transfer mechanism. The F?rster energy transfer rate can be calculated analytically via Fermi’s golden rule with the momentum-dependent initial final states of the graphene substrates and the HOMO (the highest occupied molecular orbital) and LUMO (the lowest unoccupied molecular orbital) states of the dye molecule. Combining first-principle calculations characterizing the hybrid carbon nanomaterials with tight-binding-based consideration of graphene wave functions allows us to obtain an analytical expression for the F?rster energy transfer rate. We constructed graphical dependences of the F?rster energy transfer rate at the distance R between substrate (graphene) and dye molecule for several materials. The results obtained can be applied to various hybrids based on carbon nanostructures and in general to the description of energy transfer processes in molecular functionalized nanostructures, once the molecular dipole moment and the substrate - molecule separation are known. Спираючись на перші принципи, ми показали, що вирішальну роль у передачі енергії від молекули флюорофора до вуглецевої підкладки (графену) відіграє індуктивно-резонансний механізм передачі енергії (механізм Фьорстера). Швидкість передачі енергії по механізму Фьорстера можна розрахувати аналітично за допомогою золотого правила Фермі із залежними від імпульсу початковими та кінцевими станами графенових підкладок і станами HOMO (найвища зайнята молекулярна орбіталь) і LUMO (найменша незайнята молекулярна орбіталь) молекули барвника. Поєднання розрахунків, що характеризують гібридні вуглецеві наноматеріали, з розглядом хвильових функцій графену на основі міцного зв’язку дозволило нам отримати аналітичний вираз для швидкості передачі енергії Фьорстера.Побудовано графічні залежності швидкості передачі енергії Фьорстера від відстані R між підкладкою (графеном) і молекулою барвника для кількох матеріалів. Отримані результати можуть бути застосовані для опису процесів передачі енергії в молекулярно-функціоналізованих наноструктурах, якщо відомі молекулярний дипольний момент і розділення субстрат-молекула. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-08-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/732 10.15407/hftp15.03.328 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 328-339 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 328-339 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 3 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 328-339 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/732/759 Copyright (c) 2024 O. Yu. Semchuk, O. O. Havryliuk, A. A. Biliuk |
| spellingShingle | графен вуглецеві нанотрубки функціоналізований графен молекула барвника золоте правило Фермі швидкість передачі енергії молекули флуорофора механізм Фьорстера механізм Декстера оптоелектроніка Semchuk, O. Yu. Havryliuk, O. O. Biliuk, A. A. Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| title | Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| title_alt | Inductive-resonance energy transfer in hybrid carbon nanostructures |
| title_full | Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| title_fullStr | Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| title_full_unstemmed | Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| title_short | Індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| title_sort | індуктивно-резонансний трансфер енергії в гібридних вуглецевих наноструктурах |
| topic | графен вуглецеві нанотрубки функціоналізований графен молекула барвника золоте правило Фермі швидкість передачі енергії молекули флуорофора механізм Фьорстера механізм Декстера оптоелектроніка |
| topic_facet | graphene carbon nanotubes functionalized graphene dye molecule Fermi’s golden rule rate of energy transfer fluorophore molecules Förster mechanism Dexter mechanism optoelectronics графен вуглецеві нанотрубки функціоналізований графен молекула барвника золоте правило Фермі швидкість передачі енергії молекули флуорофора механізм Фьорстера механізм Декстера оптоелектроніка |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/732 |
| work_keys_str_mv | AT semchukoyu inductiveresonanceenergytransferinhybridcarbonnanostructures AT havryliukoo inductiveresonanceenergytransferinhybridcarbonnanostructures AT biliukaa inductiveresonanceenergytransferinhybridcarbonnanostructures AT semchukoyu índuktivnorezonansnijtransferenergíívgíbridnihvuglecevihnanostrukturah AT havryliukoo índuktivnorezonansnijtransferenergíívgíbridnihvuglecevihnanostrukturah AT biliukaa índuktivnorezonansnijtransferenergíívgíbridnihvuglecevihnanostrukturah |