2D SFG-Spektrometer mit hoher Wiederholrate

• Fachliche Zuordnung: Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432349002

Wasser ist als Lösungsmittel für biochemische Prozesse und in technologischen Anwendungen unerlässlich. Dabei ist Wasser nicht nur ein passiver Hintergrund, sondern spielt eine aktive Rolle bei biochemischen Erkennungs- und Protonentransferprozessen. Was Wasser unter den Lösungsmitteln einzigartig macht, ist das wasserstoffgebundene Netzwerk, das auf sehr kurzen Zeitskalen variiert. Die Charakterisierung dieser schnellen Netzwerkdynamik ist der Schlüssel zum Verständnis der molekularen Eigenschaften von Wasser. Wenn Wasser mit einem Biomolekül oder an einer Oberfläche in Kontakt kommt, verändern sich die Eigenschaften des wasserstoffgebundenen Netzwerks, die die Eigenschaften der Grenzflächenwassermoleküle bestimmen. Biomoleküle und technologische Schnittstellen weisen typischerweise komplexe Strukturen mit hydrophoben und hydrophilen Domänen auf, die das wasserstoffgebundene Netzwerk auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Die fortschrittliche zeitaufgelöste ultraschnelle Spektroskopie hat ein gutes Verständnis des wasserstoffgebundenen Netzwerks in Bulk-Wasser geliefert, aber wir haben nicht das gleiche Verständnis für Wasser an Grenzflächen. Die vorgeschlagene Forschung wird diese Wissenslücke schließen und die fehlenden Informationen über die schnelle Dynamik des wasserstoffgebundenen Wassernetzes an Oberflächen liefern. Um dies zu erreichen, müssen wir oberflächenspezifische Versionen der fortschrittlichen, zeitaufgelösten, ultraschnellen spektroskopischen Methoden entwickeln. Der geplante Gerätekauf wird solche Experimente ermöglichen. Darüber hinaus werden die vorgeschlagenen Experimente die ultraschnelle Dynamik des wasserstoffgebundenen Wassernetzwerks als Funktion der Oberflächenchemie charakterisieren. Dies geschieht durch die Untersuchung von Schnittstellen zwischen Festkörpern und Wasser, bei denen die Oberflächenchemie der Festkörperoberfläche variiert werden kann, indem die Oberfläche mit verschiedenen sich selbst organisierenden Monolagen funktionalisiert wird. Solche „self assembled monolayers“ binden an die Oberfläche und können durch Variation der chemischen Zusammensetzung der in das Wasser ragenden Gruppen die Festkörperoberfläche hydrophil, hydrophob oder gemischt machen, um komplexe biologische oder technologische Oberflächen nachzuahmen.Der geplante Gerätekauf wird fortgeschrittene oberflächenspezifische, zeitaufgelöste spektroskopische Experimente an Grenzflächenwasser ermöglichen. Diese Experimente werden die ultraschnelle Dynamik des wasserstoffgebundenen Netzwerks von Grenzflächenwasser charakterisieren und ein detailliertes Verständnis des Grenzflächenwassers als Funktion der Oberflächenchemie liefern. Dies wird die fehlenden Informationen liefern, um ein detailliertes Verständnis der chemischen Prozesse in biochemischen und technologischen Systemen zu erhalten, die auf hydratisierten Oberflächen stattfinden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 2D SFG-Spektrometer mit hoher Wiederholrate
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiter: Professor Dr. Poul Bering Petersen