SPECTRAL LUMINESCENT PROPERTIES AND MORPHOLOGY OF SELF-ASSEMBLED NANOSTRUCTURES OF AN INDOTRICARBOCYANINE DYE

Spectral luminescent properties of an indotricarbocyanine dye are studied in solution and after deposition onto quartz or silicon substrates. It is found that the molecules of the dye are self-assembled in aqueous ethanolic solutions, forming H*-aggregates. Absorption band of the H^*-aggregates shows a hypsochromic shift of 192 nm (5291 cm^-1) with respect to the monomer absorption peak (706 nm) and has the full width at half maximum of 21 nm (797 cm^-1). The morphology of the H^*-aggregates is studied for the first time. It is found that the H^*-aggregates of the indotricarbocyanine dye constitute rod-like objects that are about 10 nm high, 100 nm wide, and several micrometers long. In addition to non-fluorescent H^*-aggregates, H-aggregates are formed in aqueous ethanolic solutions of the dye. These H-aggregates possess fluorescence peak at 560 nm with a Stokes shift of 325 cm^-1 and constitute nanoparticles with a height of 1-3 nm and the lateral dimensions of about 100 nm.

полиметиновые красители, молекулярные агрегаты, Н^*-агрегаты, спектрально-люминесцентные свойства, самоорганизованные наноструктуры, морфология, атомно-силовая микроскопия, polymethine dyes, molecular aggregates, H^*-aggregates, spectral luminescent properties, self-assembled nanostructures, morphology, atomic force microscopy

1. A. H. Herz. Adv. Coll. Interface Sci., 8, N 3 (1977) 237-298

2. R. L. Parton, J. R. Lenhard. J. Org. Chem., 55, N 3 (1990) 49-57

3. F. Wuerthner, R. Wortmann, K. Meerholz. Chem. Phys. Chem., 3, N 1 (2002) 17-31

4. O. I. Tolmachev, N. V. Pilipchuk, O. D. Kachkovsky, Yu. L. Slominski, V. Ya. Gayvoronsky, E. V. Shepelyavyy, S. V. Yakunin, M. S. Brodyn. Dyes and Pigments, 74, N 1 (2007) 195-201

5. S. Barlow, J. L. Bredas, Yu. A. Getmanenko, R. L. Gieseking, J. M. Hales, H. Kim, S. R. Marder, J. W. Perry, C. Risko, Y. Zhang. Mater. Horiz., 1, N 6 (2014) 577-581

6. Z. Sheng, D. Hu, M. Xue, M. He, P. Gong, L. Cai. Nano-Micro Lett., 5, N 3 (2013) 145-150

7. K. Sano, T. Nakajima, T. Ali, D. W. Bartlett, A. M. Wu, I. Kim, C. H. Paik, P. L. Choyke, H. Kobayashi. J. Biomed. Optics, 18, N 10 (2013) 103041-1013046

8. R. Watanabe, K. Sato, H. Hanaoka, T. Harada, T. Nakajima, I. Kim, C. H. Paik, A. M. Wu, P. L. Choyke, H. Kobayashi. ACS Med. Chem. Lett., 5, N 4 (2014) 411-415

9. A. Yuan, J. Wu, X. Tang, L. Zhao, F. Xu, Y. Hu. J. Pharmaceutical Sci., 102, N 1 (2013) 6-28

10. X. Yi, F. Wang, W. Qin, X. Yang, J. Yuan. Int. J. Nanomedicine, 9 (2014) 1347-1365

11. A. A. Lugovski, M. P. Samtsov, K. N. Kaplevsky, D. Tarasau, E. S. Voropay, P. T. Petrov, Yu. P. Istomin. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 316 (2016) 31-36

12. R. B. Mujumdar, L. A. Ernst, S. R. Mujumdar, C. J. Lewis, A. S. Waggoner. Bioconjugate Chem., 4, N 2 (1993) 105-111

13. A. Mishra, R. K. Behera, P. K. Behera, B. K. Mishra, G. B. Behera. Chem. Rev., 100, N 6 (2004) 1973-2012

14. D. R. Dietze, R. A. Mathies. J. Phys. Chem. C, 119, N 18 (2015) 9980-9987

15. A. A. Ishchenko. Russ. Chem. Rev., 60, N 8 (1991) 865-884

16. V. I. Yuzhakov. Russ. Chem. Rev., 61, N 6 (1992) 613-628

17. L. Daehne, E. Biller. Adv. Mater., 10, N 3 (1998) 241-245

18. I. A. Struganova, H. Lim, S. A. Morgan. J. Phys. Chem. B, 106, N 42 (2002) 11047-11050

19. A. K. Chibisov, H. Goerner, T. D. Slavnova. Chem. Phys. Lett., 309, N 1 (2004) 240-245

20. C. Didraga, A. Pugzlys, P.R. Hania, H. von Berlepsch, K. Duppen, J. Knoester. J. Phys. Chem. B, 108 (2004) 14976-14985

21. A. Pugzlys, R. Augulis, P. H. M. van Loosdrecht, C. Didraga, V. A. Malyshev, J. Knoester. J. Phys. Chem. B, 110, N 41 (2006) 20268-20276

22. H. von Berlepsch, S. Kirstein, R. Hania, A. Pugzlys, C. Boettcher. J. Phys. Chem. B, 11, N 7 (2007) 1701-1711

23. B. I. Shapiro, E. A. Belonozhkina, V. A. Kuz’min. Nanotechnol. Rus., 4, N 1-2 (2009) 38-44

24. F. C. Spano. J. Am. Chem. Soc., 131, N 12 (2009) 4267-4278

25. D. M. Eisele, J. Knoester, S. Kirstein, J. P. Rabe, D. A. Vanden Bout. Nat. Nanotechnol., 4, N 10 (2009) 658-663

26. S. J. Khouri, V. Buss. J. Sol. Chem., 39, N 1 (2010) 121-130

27. F. C. Spano. Acc. Chem. Res., 43, N 3 (2010) 429-439

28. F. Wuerthner, T. E. Kaiser, C. R. Saha-Moeller. Angew. Chem. Int. Ed., 50, N 15 (2011) 3376-3410

29. D. M. Eisele, C. W. Cone, E. A. Bloemsma, S. M. Vlaming, C. G. F. van der Kwaak, R. J. Silbey, M. G. Bawendi, J. Knoester, J. P. Rabe, D. A. Vanden Bout. Nat. Chem., 4, N 8 (2012) 655-662

30. H. von Berlepsch, C. Boettcher. Langmuir, 29, N 16 (2013) 4948-4958

31. S. Chakraborty, P. Debnath, D. Dey, D. Bhattacharjee, S. A. Hussain. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 93 (2014) 57-64

32. K. A. Clark, E. L. Krueger, D. A. Vanden Bout. J. Phys. Chem. C, 118, N 42 (2014) 24325-24334

33. N. Sato, T. Fujimura, T. Shimada, T. Tani, S. Takagi. Tetrahedron Lett., 56, N 22 (2015) 2902-2905

34. J. Megow, M. I. S. Roehr, M. Schmidt am Busch, T. Renger, R. Mitric, S. Kirstein, J. P. Rabe, V. May. Phys. Chem. Chem. Phys., 17, N 10 (2015) 6741-6747

35. J. R. Caram, S. Doria, D. M. Eisele, F. S. Freyria, T. S. Sinclair, P. Rebentrost, S. Lloyd, M. G. Bawendi. Nano Lett., 16, N 11 (2016) 6808-6815

36. F. Milota, V.I. Prokhorenko, T. Mancal, H. von Berlepsch, O. Bixner, H. F. Kauffmann, J. Hauer. J. Phys. Chem. A, 117, N 29 (2013) 6007-6014

37. H. von Berlepsch, C. Boettcher. J. Phys. Chem. B, 119, N 35 (2015) 11900-11909

38. C. Koenigstein, M. N. Spallart, R. Bauer. Electrochim. Acta, 43, N 16-17 (1998) 2435-2445

39. M. Kawasaki, T. Sato. J. Phys. Chem. B, 105, N 4 (2001) 796-803

40. M. Kawasaki, D. Yoshidome, T. Sato, M. Iwasaki. J. Electroanal. Chem., 543, N 1 (2003) 1-11

41. J. L. Lyon, D. M. Eisele, S. Kirstein, J. P. Rabe, D. A. Vanden Bout, K. J. Stevenson. J. Phys. Chem. C, 112, N 4 (2008) 1260-1268

42. J. L. Lyon, D. M. Eisele, S. Kirstein, J. P. Rabe, D. A. Vanden Bout, K. J. Stevenson. ECS Trans., 16, N 28 (2009) 77-84

43. C. W. Cone, S. Cho, J. L. Lyon, D. M. Eisele, J. P. Rabe, K. J. Stevenson, P. J. Rossky, D. A. Vanden Bout. J. Phys. Chem. C, 115, N 30 (2011) 14978-14987

44. K. Takazawa, Y. Kitahama, Y. Kimura. Chem. Commun., 20 (2004) 2272-2273

45. K. Takazawa, Y. Kitahama, Y. Kimura, G. Kido. Nano Lett., 5, N 7 (2005) 1293-1296

46. B. J. Walker, A. Dorn, V. Bulovic, M. G. Bawendi. Nano Lett., 11, N 7 (2011) 2655-2659

47. Y. Qiao, F. Polzer, H. Kirmse, E. Steeg, S. Kirstein, J. P. Rabe. J. Mater. Chem. C, 2, N 43 (2014) 9141-9148

48. Y. Qiao, F. Polzer, H. Kirmse, E. Steeg, S. Kuehn, S. Friede, S. Kirstein, J. P. Rabe. ACS Nano, 9, N 2 (2015) 1552-1560

49. Y. Qiao, F. Polzer, H. Kirmse, S. Kirstein, J. P. Rabe. Chem. Commun., 51, N 60 (2015) 11980-11982

50. A. Yoshida, N. Uchida, K. Noritsugu. Langmuir, 25, N 19 (2009) 11802-11807

51. K. E. Achyuthan, A. M. Achyuthan, S. M. Brozik, S. M. Dirk, T. R. Lujan, J. M. Romero, J. C. Harper. Anal. Sci., 28, N 5 (2012) 433-438

52. N. A. Toropov, P. S. Parfenov, T. A. Vartanyan. J. Phys. Chem. C, 118, N 31 (2014) 18010-18014

53. R. D. Jansen-van Vuuren, P. C. Deakin, S. Olsen, P. L. Burn. Dyes and Pigments, 101 (2014) 1-8

54. M. Kawasaki, S. Aoyama. Chem. Commun., 8 (2004) 988-989

55. X. Ma, J. Hua, W. Wu, Y. Jin, F. Meng, W. Zhan, H. Tian. Tetrahedron, 64, N 2 (2008) 345-350

56. A. N. Jordan, S. Das, N. Siraj, S.L. de Rooy, M. Li, B. El-Zahab, L. Chandler, G. A. Baker, I. M. Warner. Nanoscale, 4, N 16 (2012) 5031-5038

57. P. K. D. Duleepa Pitigala, M. M. Henary, E. A. Owens, A. G. UnilPerera, K. Tennakone. J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 325 (2016) 39-44

58. S. Kirstein, S. Daehne. Int. J. Photoenergy, 2006 (2007) 203631-203632

59. D. M. Eisele, H. von Berlepsch, C. Boettcher, K. J. Stevenson, D. A. Vanden Bout, S. Kirstein, J. P. Rabe. J. Am. Chem. Soc., 132, N 7 (2010) 2104-2105

60. L. I. Markova, V. L. Malinovskii, L. D. Patsenker, R. Haener. Chem. Commun., 49, N 46 (2013) 5298-5300

61. R. L. Gieseking, S. Mukhopadhyay, C. Risko, S. R. Marder, J. L. Bredas. Adv. Mater., 26, N 1 (2014) 68-84

62. J. Yuen-Zhou, D. H. Arias, D. M. Eisele, C. P. Steiner, J. J. Krich, M. G. Bawendi, K. A. Nelson, A. Aspuru-Guzik. ACS Nano, 8, N 6 (2014) 5527-5534

63. E. Steeg, F. Polzer, H. Kirmse, Y. Qiao, J. P. Rabe, S. Kirstein. J. Coll. Interface Sci., 472 (2016) 187-194

64. E. E. Jelley. Nature, 138, N 3502 (1936) 1009-1010

65. E. E. Jelley. Nature, 139, N 3519 (1937) 631-632

66. G. Scheibe. Angew. Chem., 50, N 11 (1937) 212-219

67. M. Kasha, H. R. Rawls, M. Ashraf El-Bayoumi. Pure Appl. Chem., 11, N 3-4 (1965) 371-392

68. H. Asanuma, K. Shirasuka, T. Takarada, H. Kashida, M. Komiyama. J. Am. Chem. Soc., 125, N 8 (2003) 2217-2223

69. J. Clark, J. F. Chang, F. C. Spano, R. H. Friend, C. Silva. Appl. Phys. Lett., 94, N 16 (2009) 1633061-1633063

70. U. Roesch, S. Yao, R. Wortmann, F. Wuerthner. Angew. Chem. Int. Ed., 45, N 42 (2006) 7026-7030

71. Q. Fang, F. Wang, H. Zhao, X. Liu, R. Tu, D. Wang, Z. Zhang. J. Phys. Chem. B, 112, N 10 (2008) 2837-2841

72. N. Ryu, Y. Okazaki, E. Pouget, M. Takafuji, S. Nagaoka, H. Ihara, R. Oda. Chem. Commun., 53, N 63 (2017) 8870-8873

73. A. V. Ruban, P. Horton, A. J. Young. J. Photochem. Photobiol. B: Biol., 21, N 2-3 (1993) 229-234

74. N. V. Belko, M. P. Samtsov, G. A. Gusakov, E. S. Voropay, L. S. Lyashenko. Журн. прикл. спектр., 83, спец. вып. 6-16 (2016) 458-459

75. E. S. Emerson, M. A. Conlin, A. E. Rosenoff, K. S. Norland, H. Rodriguez, D. Chin, G. R. Bird. J. Phys. Chem., 71, N 8 (1967) 2396-2403

76. C. Паркер. Фотолюминесценция растворов, Москва, Мир (1972) 210-218

77. V. Sundstrom, T. Gillbro. Chem. Phys., 61 (1981) 257-269

78. G. E. Walfaren. J. Chem. Phys., 40, N 11 (1964) 3249-3256

79. В. В. Егоров, М. В. Алфимов. Успехи физ. наук, 177, № 10 (2007) 1033-1081

80. V. V. Egorov. J. Lumin., 131, N 3 (2011) 543-547

81. V. V. Egorov. AIP Adv., 14, N 7 (2014) 0771111-0771119

82. V. V. Egorov. Open Sci., 4, N 5 (2017) 1605501-1605502

83. E. W. Knapp. Chem. Phys., 85, N 1 (1984) 73-82