Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки
In this work, we have studied the process of energy transfer from a fluorophore to the electronic energy levels of a single-walled carbon nanotube. Recently, carbon nanotubes have attracted considerable attention due to a number of potential technological applications, such as optoelectronic devices...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/804 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
Institution
Surface| _version_ | 1869292028274147328 |
|---|---|
| author | Семчук, O. Ю. Білюк, A. A. Гаврилюк, O. O. |
| author_facet | Семчук, O. Ю. Білюк, A. A. Гаврилюк, O. O. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Семчук, O. Ю. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-03-17T14:26:52Z |
| description | In this work, we have studied the process of energy transfer from a fluorophore to the electronic energy levels of a single-walled carbon nanotube. Recently, carbon nanotubes have attracted considerable attention due to a number of potential technological applications, such as optoelectronic devices, sensors, etc. Functionalization of nanotubes with fluorophores has led to interesting photophysical properties. Excitation energy transfer is an important photophysical process that experimentally shown to occur when dyes are functionalized on nanotubes. Motivated by these experiments, we have studied theoretically the process of resonance energy transfer from a fluorophore to a single-walled carbon nanotube. We used the dipole approximation for the dye, not the nanotube, when transferring energy from the dye to the nanotube. Resonance energy transfer is the process of non-radiative energy transfer from an excited donor to an acceptor. When the transfer involves electronic excitation energy and the donor is fluorescent, this is known as fluorescence resonance energy transfer (FRET). In FRET, the interaction between the donor and acceptor is Coulomb. The electron transition dipoles of the donor and acceptor interact electrostatically, resulting in a dependence of the transfer rate on the distance between the donor and acceptor. Förster investigated this process theoretically. In Förster's approach, this is approximated as the interaction between the corresponding transition dipoles. Metallic carbon nanotubes have an exponential dependence on distance when ћΩ < εg and d-5 otherwise. There is no threshold on the amount of energy that can be transferred to metallic nanotubes. In contrast, for semiconductor nanotubes, energy transfer does not occur if ћΩ ≥ εg – εb. If ћΩ ≥ εb, then the rate has a dependence d-5 in the long-range limit. But if εg > ћΩ ≥ εg – εb, then the rate has an exponential dependence on distance. We also incorporate the possibility of energy transfer to excitons of semiconductor tubes into our analysis. Our calculations show that the energy transfer rate from pyrene to nanotube 5.5 is effective up to distances of the order of 16.5 nm. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2025.17.157 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:53Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-804 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-06-29T01:16:37Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8042026-03-17T14:26:52Z Resonance energy transfer from a dye to a carbon nanotube Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки Семчук, O. Ю. Білюк, A. A. Гаврилюк, O. O. graphene surface plasmons plasmonic carbon energy transfer Forster theory exciton FRET nanotube графен поверхневі плазмони плазмонний вуглець передача енергії теорія Форстера екситон FRET нанотрубка In this work, we have studied the process of energy transfer from a fluorophore to the electronic energy levels of a single-walled carbon nanotube. Recently, carbon nanotubes have attracted considerable attention due to a number of potential technological applications, such as optoelectronic devices, sensors, etc. Functionalization of nanotubes with fluorophores has led to interesting photophysical properties. Excitation energy transfer is an important photophysical process that experimentally shown to occur when dyes are functionalized on nanotubes. Motivated by these experiments, we have studied theoretically the process of resonance energy transfer from a fluorophore to a single-walled carbon nanotube. We used the dipole approximation for the dye, not the nanotube, when transferring energy from the dye to the nanotube. Resonance energy transfer is the process of non-radiative energy transfer from an excited donor to an acceptor. When the transfer involves electronic excitation energy and the donor is fluorescent, this is known as fluorescence resonance energy transfer (FRET). In FRET, the interaction between the donor and acceptor is Coulomb. The electron transition dipoles of the donor and acceptor interact electrostatically, resulting in a dependence of the transfer rate on the distance between the donor and acceptor. Förster investigated this process theoretically. In Förster's approach, this is approximated as the interaction between the corresponding transition dipoles. Metallic carbon nanotubes have an exponential dependence on distance when ћΩ < εg and d-5 otherwise. There is no threshold on the amount of energy that can be transferred to metallic nanotubes. In contrast, for semiconductor nanotubes, energy transfer does not occur if ћΩ ≥ εg – εb. If ћΩ ≥ εb, then the rate has a dependence d-5 in the long-range limit. But if εg > ћΩ ≥ εg – εb, then the rate has an exponential dependence on distance. We also incorporate the possibility of energy transfer to excitons of semiconductor tubes into our analysis. Our calculations show that the energy transfer rate from pyrene to nanotube 5.5 is effective up to distances of the order of 16.5 nm. У цій роботі ми досліджували процес передачі енергії від флуорофора до електронних енергетичних рівнів одностінної вуглецевої нанотрубки. Останнім часом вуглецеві нанотрубки привернули значну увагу завдяки низці потенційних технологічних застосувань, таких як оптоелектронні пристрої, сенсори тощо. Функціоналізація нанотрубок флуорофорами призвела до цікавих фотофізичних властивостей. Передача енергії збудження є важливим фотофізичним процесом, який, як експериментально показано, відбувається, коли барвники функціоналізуються на нанотрубках. Натхненні цими експериментами, ми теоретично вивчили процес резонансної передачі енергії від флуорофора до одностінної вуглецевої нанотрубки. Ми використовували дипольне наближення для барвника, а не для нанотрубки, під час передачі енергії від барвника до нанотрубки. Резонансна передача енергії – це процес невипромінювальної передачі енергії від збудженого донора до акцептора. Коли передача включає енергію електронного збудження, а донор є флуоресцентним, це відомо як резонансна передача енергії флуоресценції (FRET). У FRET взаємодія між донором та акцептором є кулонівською. Диполі електронних переходів донора та акцептора взаємодіють електростатично, що призводить до залежності швидкості передачі від відстані між донором та акцептором. Ферстер досліджував цей процес теоретично. У підході Ферстера це апроксимується як взаємодія між відповідними диполями переходу. Металеві вуглецеві нанотрубки мають експоненціальну залежність від відстані, коли ћΩ < εg і коли d-5. Немає порогу для кількості енергії, яку можна передати металевим нанотрубкам. Навпаки, для напівпровідникових нанотрубок передача енергії не відбувається, якщо ћΩ ≥ εg – εb. Якщо ћΩ ≥ εb, то швидкість має залежність у межах d-5 дальньої дії. Але якщо εg > ћΩ ≥ εg – εb, то швидкість має експоненціальну залежність від відстані. Ми також враховуємо можливість передачі енергії до екситонів напівпровідникових трубок у нашому аналізі. Наші розрахунки показують, що швидкість передачі енергії від пірену до нанотрубки 5.5 є ефективною до відстаней порядку 16.5 нм. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-26 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/804 10.15407/Surface.2025.17.157 Surface; No. 17(32) (2025): Surface; 157–168 Поверхность; № 17(32) (2025): Поверхня; 157–168 Поверхня; № 17(32) (2025): Поверхня; 157–168 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2025.17 en https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/804/810 Авторське право (c) 2025 O. Ю. Семчук, A. A. Білюк, О. О. Гаврилюк |
| spellingShingle | графен поверхневі плазмони плазмонний вуглець передача енергії теорія Форстера екситон FRET нанотрубка Семчук, O. Ю. Білюк, A. A. Гаврилюк, O. O. Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| title | Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| title_alt | Resonance energy transfer from a dye to a carbon nanotube |
| title_full | Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| title_fullStr | Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| title_full_unstemmed | Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| title_short | Перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| title_sort | перенос резонансної енергії від барвника до вуглецевої нанотрубки |
| topic | графен поверхневі плазмони плазмонний вуглець передача енергії теорія Форстера екситон FRET нанотрубка |
| topic_facet | graphene surface plasmons plasmonic carbon energy transfer Forster theory exciton FRET nanotube графен поверхневі плазмони плазмонний вуглець передача енергії теорія Форстера екситон FRET нанотрубка |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/804 |
| work_keys_str_mv | AT semčukoû resonanceenergytransferfromadyetoacarbonnanotube AT bílûkaa resonanceenergytransferfromadyetoacarbonnanotube AT gavrilûkoo resonanceenergytransferfromadyetoacarbonnanotube AT semčukoû perenosrezonansnoíenergíívídbarvnikadovuglecevoínanotrubki AT bílûkaa perenosrezonansnoíenergíívídbarvnikadovuglecevoínanotrubki AT gavrilûkoo perenosrezonansnoíenergíívídbarvnikadovuglecevoínanotrubki |