980 resultados para Electronic-properties
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Als Beispiele für die vielfältigen Phänomene der Physik der Elektronen in niedrigdimensionalen Systemen wurden in dieser Arbeit das Cu(110)(2x1)O-Adsorbatsystem und die violette Li0.9Mo6O17-Bronze untersucht. Das Adsorbatsystem bildet selbstorganisierte quasi-eindimensionale Nanostrukturen auf einer Kupferoberfläche. Die Li-Bronze ist ein Material, das aufgrund seiner Kristallstruktur quasi-eindimensionale elektronische Eigenschaften im Volumen aufweist. Auf der Cu(110)(2x1)O-Oberfläche kann durch Variation der Sauerstoffbedeckung die Größe der streifenartigen CuO-Domänen geändert werden und damit der Übergang von zwei Dimensionen auf eine Dimension untersucht werden. Der Einfluss der Dimensionalität wurde anhand eines unbesetzten elektronischen Oberflächenzustandes studiert. Dessen Energieposition (untere Bandkante) verschiebt mit zunehmender Einschränkung (schmalere CuO-Streifen) zu größeren Energien hin. Dies ist ein bekannter quantenmechanischer Effekt und relativ gut verstanden. Zusätzlich wurde die Lebensdauer des Zustandes auf der voll bedeckten Oberfläche (zwei Dimensionen) ermittelt und deren Veränderung mit der Breite der CuO-Streifen untersucht. Es zeigt sich, dass die Lebensdauer auf schmaleren CuO-Streifen drastisch abnimmt. Dieses Ergebnis ist neu. Es kann im Rahmen eines Fabry-Perot-Modells als Streuung in Zustände außerhalb der CuO-Streifen verstanden werden. Außer den gerade beschriebenen Effekten war es möglich die Ladungsdichte des diskutierten Zustandes orts- und energieabhängig auf den CuO-Streifen zu studieren. Die Li0.9Mo6O17-Bronze wurde im Hinblick auf das Verhalten der elektronischen Zustandsdichte an der Fermikante untersucht. Diese Fragestellung ist besonders wegen der Quasieindimensionalität des Materials interessant. Die Messungen von STS-Spektren in der Nähe der Fermienergie zeigen, dass die Elektronen in der Li0.9Mo6O17-Bronze eine sogenannte Luttingerflüssigkeit ausbilden, die anstatt einer Fermiflüssigkeit in eindimensionalen elektronischen Systemen erwartet wird. Bisher wurde Luttingerflüssigkeitsverhalten erst bei wenigen Materialien und Systemen experimentell nachgewiesen, obschon die theoretischen Voraussagen mehr als 30 Jahre zurückliegen. Ein Charakteristikum einer Luttingerflüssigkeit ist die Abnahme der Zustandsdichte an der Fermienergie mit einem Potenzgesetz. Dieses Verhalten wurde in STS-Spektren dieser Arbeit beobachtet und quantitativ im Rahmen eines Luttingerflüssigkeitsmodells beschrieben. Auch die Temperaturabhängigkeit des Phänomens im Bereich von 5K bis 55K ist konsistent mit der Beschreibung durch eine Luttingerflüssigkeit. Generell zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Dimensionalität, insbesondere deren Einschränkung, einen deutlichen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Systemen und Materialien haben kann.
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The present thesis is a contribution to the study of laser-solid interaction. Despite the numerous applications resulting from the recent use of laser technology, there is still a lack of satisfactory answers to theoretical questions regarding the mechanism leading to the structural changes induced by femtosecond lasers in materials. We provide here theoretical approaches for the description of the structural response of different solids (cerium, samarium sulfide, bismuth and germanium) to femtosecond laser excitation. Particular interest is given to the description of the effects of the laser pulse on the electronic systems and changes of the potential energy surface for the ions. Although the general approach of laser-excited solids remains the same, the potential energy surface which drives the structural changes is calculated with different theoretical models for each material. This is due to the difference of the electronic properties of the studied systems. We use the Falicov model combined with an hydrodynamic method to study photoinduced phase changes in cerium. The local density approximation (LDA) together with the Hubbard-type Hamiltonian (LDA+U) in the framework of density functional theory (DFT) is used to describe the structural properties of samarium sulfide. We parametrize the time-dependent potential energy surface (calculated using DFT+ LDA) of bismuth on which we perform quantum dynamical simulations to study the experimentally observed amplitude collapse and revival of coherent $A_{1g}$ phonons. On the basis of a time-dependent potential energy surface calculated from a non-orthogonal tight binding Hamiltonian, we perform molecular dynamics simulation to analyze the time evolution (coherent phonons, ultrafast nonthermal melting) of germanium under laser excitation. The thermodynamic equilibrium properties of germanium are also reported. With the obtained results we are able to give many clarifications and interpretations of experimental results and also make predictions.
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In dieser Arbeit wurden elektronische Eigenschaften der sogenannten Spiroverbin-dungen untersucht, die aus zwei durch ein gemeinsames Spiro-Kohlenstoffatom miteinander verbundenen π-Systemen bestehen. Solche Untersuchungen sind notwendig, um die gezielte Synthese organischer Materialien mit bestimmten optischen, elektrischen, photoelektrischen oder magnetischen Eigenschaften zu ermöglichen. Im einzelnen wurden mit Hilfe der Cyclovoltammetrie, Square-Wave-Voltammetrie und Spektroelektrochemie eine Reihe homologer Spiro-p-oligophenyle, sowie symmetrisch und unsymmetrisch substituierte Spiroverbindungen und Spirocyclopentadithiophene unter-sucht. Dabei ergaben sich folgende Einflussfaktoren: Kettenlänge, verschiedene Substituenten (Trimethylsilyl, tert-Butyl, Fluor, Pyridyl, perfluoriertes Pyridyl, Dimethylamino-Gruppe), verschiedene Positionen der Substitution, Lage der Spiroverknüpfung und Art des π-Systems im Spirokern. Die elektronischen Eigenschaften der untersuchten Verbindungen variieren systema-tisch mit der Kettenlänge. So vermindert sich der Betrag der Redoxpotentiale der Spiroverbin-dungen mit Zunahme der Kettenlänge, während die Anzahl der übertragenen Elektronen mit zunehmender Kettenlänge wächst. Die Absorption der neutralen und geladenen Spezies ver-schiebt sich mit steigender Kettenlänge bathochrom. Der Substituenteneinfluss auf die Poten-tiallage hängt davon ab, welcher der Effekte +I, -I, +M, -M überwiegt; dabei spielt auch die Position der Substitution eine Rolle. Weiter lässt sich der Einfluss der Lage der Spiroverknüpfung auf die Redoxpotentiale mit der verschiedenen Coulomb-Abstoßung innerhalb oder/und zwischen Phenylketten bei symmetrisch und unsymmetrisch verknüpften Spiroverbindungen begründen. Schließlich wurden die Redoxmechanismen der untersuchten Spiroverbindungen er-mittelt. Die meisten Verbindungen werden zum Bis(radikalion) reduziert bzw. oxidiert (Me-chanismus A). Nur wenige Verbindungen werden nach Mechanismus B reduziert, in dem das Elektron unter Bildung eines Dianions in die schon einfach reduzierte Molekülhälfte über-geht. Die Unterschiede der Redoxpotentiale, der Lage der Absorption, des Reduktionsme-chanismus der Verbindungen mit unterschiedlichen Spirokernen (Spirobifluoren und Spiro-cyclopentadithiophen) konnten mit den unterschiedlichen elektronischen Strukturen von Phe-nyl- und Thiophenring (aromatisches und heteroaromatisches π System) erklärt werden.
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Das Dissertationsprojekt befasst sich mit dem synthetischen Potential acyclischer Diaminocarbene (aDACs; Verbindungen des Typs (R2N)2C:) und prüft dabei insbesondere deren Reaktivität gegenüber Kohlenmonoxid (CO). Grundlage des Vorhabens ist eine Aufsehen erregende Beobachtung von SIEMELING et al. (Chem. Sci., 2010, 1, 697): Der Prototyp der aDACs, das Bis(diisopropylamino)carben, ist in der Lage CO zu aktivieren. Dabei wird zunächst ein intermediäres Keten des Typs (R2N)2C=C=O generiert, das in Folge einer intramolekularen Reaktion ein stabiles β-Lactamderivat ausbildet. Eine Sensation, schließlich ging man in der Fachwelt bis dato davon aus, dass cyclische und acyclische Diaminocarbene für derartige Reaktionen nicht elektrophil genug seien. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine systematische Auslotung der aDAC-Reaktivität gegenüber CO. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen ist es gelungen, das Feld der literaturbekannten aDACs von 12 auf 19 zu erweitern. Die Carbene, ihre Formamidiniumsalz-Vorstufen, sowie die korrespondierenden Carben–Metallkomplexe konnten in den meisten Fällen vollständig charakterisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass manche Isopropyl-substituierten aDACs in inertem Lösemittel einer β-Umlagerung unterliegen sowie, dass eine solche intramolekulare Reaktivität innerhalb dieser Substanzklasse nicht trivial ist: Zum Teil ganz ähnlich substituierte aDACs sind in Lösung unbegrenzt haltbar. Die Reaktivität gegenüber CO konnte an etwa einem Dutzend aDACs studiert werden. Lediglich in einem Fall zeigte sich das Carben inert. In einem sterisch überfrachteten Fall entstand in einer regio- und stereoselektiven Folgereaktion ein biologisch aktives bicyclisches β-Lactamderivat. In den meisten Fällen ergaben sich betainische Oxyallylspezies des Typs [(R2N)2C]2CO als intermolekulare Folgeprodukte. Die mechanistische Scheidelinie zwischen intra- und intermolekularer Keten-Folgereaktion konnte anhand der Carbonylierung sterisch ganz ähnlich substituierter aDACs aufgezeigt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern deutliche Hinweise darauf, dass das chemische Verhalten der aDACs gegenüber CO eher durch feinste elektronische Unterschiede als durch den sterischen Anspruch der Carben-Substituenten beeinflusst wird. Mit Hilfe von In-Situ-IR-Spektroskopie gelang es in manchen Fällen, bei denen eine Isolierung der Carbonylierungsprodukte nicht glückte, die Generierung hochreaktiver Oxyallylspezies zu belegen. Weiterhin konnte im Zuge der In-Situ-IR-Studien das zuvor nur postulierte Diaminoketen als primäres Carbonylierungsprodukt dingfest gemacht werden (ν(C=C=O) = 2085 1/cm): Es handelt sich hierbei um den ersten experimentellen Nachweis eines Diaminoketens überhaupt.
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The ability of new hydrophobic tridentate ligands based on 2,6-bis(benziinidazol-2-yl)pyridine, 2,6-bis(benzoxazol-2-yl)pyridine and 2,6-bis(benzothiazol-2-yl)pyridine to selectively extract americium(III) from europium(III) was measured. The most promising ligand-2,6-bis(benzoxazol-2-yl)-4-(2-decyl-1-tetradecyloxy)pyridine L-9 was found to give separation factors (SFAm/Eu) of up to 70 when used to extract cations from 0.02-0.10 M HNO3 into TPH in synergy with 2-bromodecanoic acid. Six structures of lanthanide complexes with 2,6-bis(benzoxazol-2-yl)pyridine L-6 were then determined to evaluate the types of species that are likely to be involved in the separation process. Three structural types were observed, namely [LnL(6)(NO3)(3)(H2O)2], 11-coordinate only for La, [LnL(6) (NO3)(3) (CH3CN)], 10-coordinate for Pr, Nd and Eu and [LnL(6) (NO3)(3)(H2O)], L 10-coordinate for Eu and Gd. Quantum Mechanics calculations were carried out on the tridentate ligands to elucidate the conformational preferences of the ligands in the free state and protonated and diprotonated forms and to assess the electronic properties of the ligands for comparison with other terdentate ligands used in lanthanide/actinide separation processes.
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The extracting agent 2,6-bis(4,6-di-pivaloylamino-1,3,5-triazin-2-yl)-pyridine (L-5) in n-octanol was found, in synergy with 2-bromodecanoic acid, to give D-Am/D-Eu separation factors (SFs) between 2.4 and 3.7 when used to extract the metal ions from 0.02-0.12 M HNO3. Slightly higher SFs (4-6) were obtained in the absence of the synergist when the ligand was used to extract Am(III) and Eu(III) from 0.98 M HNO3. In order to investigate the possible nature of the extracted species crystal structures of L-5 and the complex formed between Yb(III) with 2,6-bis(4,6-di-amino-1,3,5-triazin-2-yl)-pyridine (L-4) were also determined. The structure of L-5 shows 3 methanol solvent molecules all of which form 2 or 3 hydrogen bonds with triazine nitrogen atoms, amide nitrogen or oxygen atoms, or pyridine nitrogen atoms. However, L-5 is relatively unstable in metal complexation reactions and loses amide groups to form the parent tetramine L-4. The crystal structure of Yb(L-4)(NO3)(3) shows ytterbium in a 9-coordinate environment being bonded to three donor atoms of the ligand and three bidentate nitrate ions. The solvent extraction properties of L-4 and L-5 are far inferior to those found for the 2,6-bis-(1,2,4-triazin-3-yl)-pyridines (L-1) which have SF values of ca. 140 and theoretical calculations have been made to compare the electronic properties of the ligands. The electronic charge distribution in L-4 and L-5 is similar to that found in other terdentate ligands such as terpyridine which have equally poor extraction properties and suggests that the unique properties of L-1 evolve from the presence of two adjacent nitrogen atoms in the triazine rings.
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The structures of intermediates formed in propylene polymerisation using neutral salicyladiminato palladium(II) and nickel(II) complexes as catalysts have been investigated using density functional theory. Calculations show that all low energy intermediates contain agostic interactions either between the metal and a hydrogen from the added propylene forming four- or five-membered chelate rings, or, when a phenyl ring is present, between the metal and an aromatic C-C bond. The agostic interactions with the metal are concomitant with changes in ligand dimensions and electronic properties. In particular when a metal to hydrogen bond is formed, there is a lengthening of the C-H bond. Significant differences are found for the agostic interactions with palladium and nickel in that for Pd there is a clear preference for specific intermediates but for Ni there are several different structures with similar energies which are likely to lead to a greater variety of products on further polymerisation. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.
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The self-assembly of a peptide based on a sequence from the amyloid beta peptide but incorporating the non-natural amino acid beta-2-thienylalanine (2-Thi) has been investigated in aqueous and methanol solutions. The peptide AAKLVFF was used as a design motif, replacing the phenylalanine residues (F) with 2-Thi units to yield (2-Thi)(2-Thi)VLKAA. The 2-Thi residues are expected to confer interesting electronic properties due to charge delocalization and pi-stacking. The peptide is shown to form beta-sheet-rich amyloid fibrils with a twisted morphology, in both water and methanol solutions at sufficiently high concentration. The formation of a self-assembling hydrogel is observed at high concentration. Detailed molecular modeling using molecular dynamics methods was performed using NOE constraints provided by 2D-NMR experiments. The conformational and charge properties of 2-Thi were modeled using quantum mechanical methods, and found to be similar to those previously reported for the beta-3-thienylalanine analogue. The molecular dynamics simulations reveal well-defined folded structures (turn-like) in dilute aqueous solution, driven by self-assembly of the hydrophobic aromatic units, with charged lysine groups exposed to water.
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In the search for a versatile building block that allows the preparation of heteroditopic tpy-pincer bridging ligands, the synthon 14'-[C6H3(CH2Br)(2)-3,5]-2,2':6',2 ''-terpyridine was synthesized. Facile introduction of diphenylphosphanyl groups in this synthon gave the ligand 14'-[C6H3(CH2PPh2)2-3,5]-2,2':6',2"-terpyridine) ([tpyPC(H)Pj). The asymmetric mononuclear complex [Fe(tpy){tpyPC(H)P}](PF6)(2), prepared by selective coordination of [Fe(tpy)Cl-3] to the tpy moiety of [tpyPC(H)P], was used for the synthesis of the heterodimetallic complex [Fe(tpy)(tpyPCP)Ru(tpy)](PFC,)3, which applies the "complex as ligand" approach. Coordination of the ruthenium centre at the PC(H)P-pincer moiety of [Fe(tpy){tpyPC(H)P}](PF6)(2) has been achieved by applying a transcyclometallation procedure. The ground-state electronic properties of both complexes, investigated by cyclic and square-wave voltammetries and UV/Vis spectroscopy, are discussed and compared with those of [Fe(tPY)(2)](PF6)(2) and [Ru(PCP)(tpy)]Cl, which represent the mononuclear components of the heterodinuclear species. An in situ UV/Vis spectroelectrochemical study was performed in order to localize the oxidation and reduction steps and to gain information about the Fe-II-Ru-II communication in the heterodimetallic system [Fe(tpy)(tpyPCP)Ru(tpy)](PF6)(3) mediated by the bridging ligand [tpyPCP]. Both the voltammetric and spectroelectrochemical results point to only very limited electronic interaction between the metal centres in the ground state.
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A novel Ru(II) complex containing an electron-poor, highly fluorinated PCPArF pincer ligand has been synthesized in good yield via a transcyclometalation reaction. The complex has been fully characterized by elemental analysis, 1D and 2D NMR techniques, LTV-vis spectroscopy, and cyclic voltammetry. Single-crystal X-ray structural analysis and DFT calculations were performed. The structural features and electronic properties of the remarkably stable PCPArF-Ru(II) complex 4 have been investigated and show unanticipated differences compared to its protio analogue.
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Reaction of the dinuclear complex [{Rh(CO)(2)}(2) (mu-Cl)(2)]with an alpha-diimine ligand, 1,2- bis[(2,6-diisopropylphenyl) imino] acenaphthene (iPr(2)Ph-bian), produces square-planar [RhCl(CO)(iPr(2)Ph-bian)]. For the first time, 2: 1 and 1: 1 alpha-diimine/dimer reactions yielded the same product. The rigidity of iPr(2)Ph-bian together with its flexible electronic properties and steric requirements of the 2,6-diisopropyl substituents on the benzene rings allow rapid closure of a chelate bond and replacement of a CO ligand instead of chloride. A resonance Raman study of [RhCl(CO)(iPr(2)Ph-bian)] has revealed a predominant Rh-to-bian charge transfer (MLCT) character of electronic transitions in the visible spectral region. The stabilisation of [RhCl(CO)(iPr(2)Ph-bian)] in lower oxidation states by the pi-acceptor iPr(2)Ph-bian ligand was investigated in situ by UV-VIS, IR and EPR spectroelectrochemistry at variable temperatures. The construction of the novel UV-VIS-NIR-IR low-temperature OTTLE cell used in these studies is described in the last part of the paper.
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Two homometallic complexes containing two and three ruthenium polypyridyl units linked by amino acid lysine (Lys) and the related dipeptide (LysLys) were synthesized and their electrochemical, spectroscopic, and electrochemiluminescence (ECL) properties were investigated. The electrochemical and photophysical data indicate that the two metal complexes largely retain the electronic properties of the reference compound for the separate ruthenium moieties in the two bridged complexes, [4-carboxypropyl-4'-methyl-2,2'-bipyridine]bis(2,2'-bipyridine)ruthenium(II) complex. The ECL studies, performed in aqueous media in the presence of tri-n-propylamine as co-reactant, show that the ECL intensity increases by 30% for the dinuclear and trinuclear complexes compared to the reference. Heterogeneous ECL immunoassay studies, performed on larger dendritic complexes containing up to eight ruthenium units, demonstrate that limitations due to the slow diffusion can easily be overcome by means of nanoparticle technology. In this case, the ECL signal is proportional to the number of ruthenium units. Multimetallic systems with several ruthenium centers may, however, undergo nonspecific bonding,to streptavidin-coated particles or to antibodies, thereby increasing the background ECL intensity and lowering the sensitivity of the immunoassay.
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The electronic properties of four divinylanthracene-bridged diruthenium carbonyl complexes [{RuCl(CO)(PMe3)3}2(μ[BOND]CH[DOUBLE BOND]CHArCH[DOUBLE BOND]CH)] (Ar=9,10-anthracene (1), 1,5-anthracene (2), 2,6-anthracene (3), 1,8-anthracene (4)) obtained by molecular spectroscopic methods (IR, UV/Vis/near-IR, and EPR spectroscopy) and DFT calculations are reported. IR spectroelectrochemical studies have revealed that these complexes are first oxidized at the noninnocent bridging ligand, which is in line with the very small ν(C[TRIPLE BOND]O) wavenumber shift that accompanies this process and also supported by DFT calculations. Because of poor conjugation in complex 1, except oxidized 1+, the electronic absorption spectra of complexes 2+, 3+, and 4+ all display the characteristic near-IR band envelopes that have been deconvoluted into three Gaussian sub-bands. Two of the sub-bands belong mainly to metal-to-ligand charge-transfer (MLCT) transitions according to results from time-dependent DFT calculations. EPR spectroscopy of chemically generated 1+–4+ proves largely ligand-centered spin density, again in accordance with IR spectra and DFT calculations results.
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Mesoporous metal structures featuring a bicontinuous cubic morphology have a wide range of potential applications and novel opto-electronic properties, often orientation-dependent. We describe the production of nanostructured metal films 1–2 microns thick featuring 3D-periodic ‘single diamond’ morphology that show high out-of-plane alignment, with the (111) plane oriented parallel to the substrate. These are produced by electrodeposition of platinum through a lipid cubic phase (QII) template. Further investigation into the mechanism for the orientation revealed the surprising result that the QII template, which is tens of microns thick, is polydomain with no overall orientation. When thicker platinum films are grown, they also show increased orientational disorder. These results suggest that polydomain QII samples display a region of uniaxial orientation at the lipid/substrate interface up to approximately 2.8 ± 0.3 μm away from the solid surface. Our approach gives previously unavailable information on the arrangement of cubic phases at solid interfaces, which is important for many applications of QII phases. Most significantly, we have produced a previously unreported class of oriented nanomaterial, with potential applications including metamaterials and lithographic masks.
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Four new diruthenium complexes [{(η5-C5Me5)Ru(dppe)}2(μ-CuC–L–CuC)] featuring different bridging isomeric diethynyl benzodithiophenes viz. L = benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (complex 1), benzo[2,1-b;4,5b’]dithiophene (complex 2), benzo[1,2-b;3,4-b’]dithiophene (complex 3) and benzo[1,2-b;4,3-b’]-dithiophene (complex 4), were synthesized and characterized by molecular spectroscopic and crystallographicmethods. The subtle changes in the molecular structure introduced by the diethynyl benzodithiophene isomers have a notable impact on the stability of the oxidized complexes and their absorption characteristics in the visible-NIR and IR spectral domains. Electronic properties of stable oxidized complexes[1]n+ and [4]n+ (n = 1, 2) were investigated by cyclic voltammetry, UV-vis-NIR and IR spectroelectrochemistry as well as DFT and TDDFT calculations. The results document the largely bridgelocalized character of the oxidation of parents 1 and 4. Cations [2]+ and [3]+ are too unstable at ambient temperature to afford their unambiguous characterization. UV-vis-NIR absorption spectral data combined with TDDFT calculations (BLYP35) reveal that the broad electronic absorption of [1]+ and [4]+ in the NIR region has a mixed intraligand π–π* and MLCT character, with similar contribution from their spin-delocalized trans and cis conformers. A spin-localized (mixed-valence) rotamer was only observed for [1]+ at ambient temperature as a minor component on the time scale of IR spectroscopy.