Augerelektronenspektroskopie als Untersuchungsmethode für Ionenpaarungs- und Protonierungseffekte in wässrigen Lösungen

• Antragsteller: Professor Dr. Lorenz S. Cederbaum
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 107745161

Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) von flüssigem Wasser and wässrigen Lösungen ist ein Arbeitsgebiet, das sich erst vor kurzem mit der Entwicklung von Mikro-Flüssigkeitstrahl-Techniken erschlossen hat. Aufgrund einer hohen Element-Spezifität kann mit AES die Wechselwirkung eines Systems mit seiner lokalen chemischen Umgebung empfindlich sondiert werden, wobei sich diese Wechselwirkung in den chemischen Verschiebungen der spektralen Signaturen niederschlägt. Die Untersuchung der spektralenCharakteristika gibt darüber hinaus Aufschluss über Änderungen der elektronischen und geometrischen Struktur eines Systems in Reaktion auf diverse Umgebungseffekte. Das vorliegende Forschungsvorhaben soll eine theoretische Fundierung der AES in der flüssigen Phasebegründen und weiterentwickeln. Unter der allgemeinen Zielsetzung, mit AES grundlegende Aspekte der Wechselwirkung zwischen Stoff und Lösungsmittel in wässrigen Lösungen aufzuklären sollen dreiHauptfragestellungen behandelt werden: (i) Ionenpaar-Effekte in wässrigen Elektrolyten, (ii) Säure-Base-Chemie an Dampf-Flüssigkeit-Grenzflächen, und (iii) die Protonierung und Oxidation von Aminosäuren in Flüssigkeitsphasen. Zur Behandlung dieser Fragestellungen sollen geeignete Mikrosolvatations-Cluster konzipiert werden, für die die Auger-Spektren mit Hilfe von quantenchemischen ab initio-Methoden berechnet und analysiert werden können. Bei den Fragestellungen (ii) und (iii) wird das Hauptaugenmerk Übergängen innerhalb des anfänglich ionisierten Atoms oder Moleküls gelten, da diese besonders empfindlich gegenüber Anderungen der Protonierungs- oder Oxidationszustände sind. Demgegenüber erlauben inter-atomare und inter-molekulare Übergänge, die sich ebenfalls in den Auger-Spektren manifestieren, z.B. zu entscheiden, ob Ionenpaare in einer wässrigen Salzlösungdurch Lösungsmittelmoleküle separiert vorliegen oder nicht. Die theoretischen Befunde sollen experimentelle Untersuchungen unterstützen. Die zu erwartenden Resultate sollten für diverse Arbeitsgebiete von Interesse sein und zu Anwendungen insbesondere in der Athmospären-Chemie, der Chemie von Antioxidantien, der Elektrochemie, sowie in den Biowissenschaften führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen