Obiettivi Formativi

Apprendere i seguenti contenuti: Concetti di stato elettronico eccitato. Processi di disattivazione (fotochimici e fotofisici) dello stato eccitato. Tempo di vita e resa quantica di processo fotochimico. Processi fotoindotti di trasferimento elettronico ed energetico. Spettroscopia di assorbimento elettronico e di eccitazione ed emissione, allo stato stazionario e tecniche di base per spettroscopia elettronica risolta nel tempo. Principali proprietà fotochimiche di complessi metallici e classi organiche. Fotochimica supramolecolare. Fondamenti di conversione dell'energia solare.

Learning Goals

Knowledge of the following concepts: -Concept of electronically excited states. Photophysical and photochemical processes of excited state. Excited state lifetime and photochemical quantum yield. Photoinduced energy and electron transfer. Knowledge of electronic absorption and emission spectroscopy, steady-state and basic time-resolved techniques. Photochemical properties of the main classes of organic molecules and transition metal complexes. Basics of solar energy conversion.

Metodi didattici

Lezioni frontali in aula

Teaching Methods

Room lessons

Prerequisiti

I contenuti consueti (Termodinamica, cinetica, quantomeccanica) dei corsi di Chimica Fisica I e Chimica Fisica II dei corsi della Laurea Triennale in Chimica

Prerequisites

The usual contents of the courses of Physical Chemistry I and Physical Chemistry II of the Laurea (triennale) in Chemistry, that is: thermodynamics, kinetics, quantum mechanics.

Verifiche dell'apprendimento

Esami orali

Assessment

Oral exams

Programma del Corso

Introduzione e Preparazione di stati eccitati. (12 ore) Fotochimica come nuova dimensione della chimica. Nomenclatura e cronologia di un processo fotochimico. Orbitali, configurazioni, stati. Elementi di spettroscopia elettronica. L'approssimazione di Born-Oppenheimer. Curve e superfici di energia potenziale. Processi di assorbimento elettronico. Fermi Golden Rule. Regole di selezione. Tipi di transizioni elettroniche nelle principali classi di molecole organiche ed inorganiche. Principio di Franck-Condon. Diagramma di Jablonsky. Disattivazioni fotofisiche di stati eccitati. (12 ore) 1. Processi di disattivazione intramolecolari. Processi di disattivazione non radiativi: rilassamento vibrazionale, conversione interna, intersystem crossing. Fattori di Franck-Condon per i processi di disattivazione non radiativi. Processi di disattivazione radiativi: fluorescenza, fosforescenza. Regole di Kasha. Spettroscopia di emissione. Spettroscopia di eccitazione. 2. Processi bimolecolari. Trasferimento elettronico e trasferimento energetico. Equazione di Stern-Volmer. Meccanismi del trasferimento elettronico. Teoria classica di Marcus. Meccanismi del trasferimento energetico. Meccanismo Coulombiano. Meccanismo di doppio scambio elettronico. Eccimeri ed ecciplessi. Chemiluminescenza e bioluminescenza. Elettroluminescenza. Disattivazioni fotochimiche di stati eccitati. (4 ore) Esempi di alcune classi di reazioni fotochimiche. Fotoisomerizzazioni. Fotocatalisi. Cicloaddizioni fotochimiche. Proprietà fotochimiche di complessi di metalli di transizione Stati eccitati di complessi di metalli di transizione. (4 ore) Transizioni elettroniche e stati elettronici eccitati nei complessi di metalli di transizione. Requisiti per la progettazione di specie luminescenti. Proprietà redox. Correlazioni spettroscopia ed elettrochimica. Fotochimica supramolecolare e conversione fotochimica dell'energia solare. (4 ore) Luce come energia ed informazione. Concetto di dispositivo fotochimico molecolare. Processi fotoindotti di trasferimento elettronico ed energetico in sistemi supramolecolari. Teoria semi-quantomeccanica del trasferimento elettronico. Teoria del superscambio. Concetti fondamentali sulla fotosintesi. Fotosintesi naturale. Fotosintesi artificiale. Progettazione di antenne e centri di reazione artificiali. Celle fotoelettrochimiche. OLED per illuminazione. Sensori luminescenti e loro applicazioni.

Course Syllabus

Introduction and excited state formation (12 h) Photochemistry as a new dimension of chemistry. Cronology of a photochemical process. Orbitals, configurations and states. Born-Oppenheimer approximation. Potential energy surfaces. Elements of absorption spectroscopy. Fermi Golden Rule. Selection rules.Franck-Condon principle. Jablonsky diagram. Lifetimes. Quantum yields. Photophysical deactivation of excited states. (12 h) 1. Intramolecular processes. Radiationless processes. Franck-Condon factors for radiationless decay. Radiative decay processes. Fluorescence. Phosphorescence. Kasha's rules. Excitation and emission spectroscopy. 2. Bimolecular processes. Excimers and Exciplexes. Electron and energy transfer. Stern-Volmer equation. Mechanism of electron transfer. Classical Marcus theory. Mechanisms of energy transfer. Coulombic mechanism. Electron-exchange mechanism. Chemiluminescence. Electroluminescence. Bioluminescence. Photochemical deactivation of excited states.(4 h) Examples of photochemical reactions. Photoisomerization. Photochemical cycloadditions. Excited states and photochemistry of transition metal complexes.(4 h) Electronic transitions and states in transition metal complexes. Properties of MC, LC, MLCT and LMCT excited states. Requisites for the design of luminescent metal complexes. Correlations between electrochemistry and spectroscopy. Supramolecular photochemistry and solar energy conversion.(4 h) Light as energy and information bit. Photochemical molecular devices. Photoinduced energy and electron transfer in supramolecular systems. Semi-quantum mechanical theory of electron transfer. Superexchange theory. Fundaments of natural photosynthesis. Artificial photosynthesis. Design of light-harvesting antenna systems. Artificial reaction centers for photoinduced charge separation. Multielectron transfer processes.OLED. Luminescent sensors.