Ultraschnelle transiente Pump-Pump-Probe-spektroskopische Untersuchungen an kolloidalen Halbleiter-Heteronanostrukturen zur Verfolgung von Prozessen mit mehreren Anregungen

• Antragsteller: Krishan Kumar, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468735112

Prozesse, welche die mehrfache Anregung eines Systems involvieren, sind für Lichtsammelanwendungen von höchster Relevanz, z.B. für photokatalytische Mehrelektronenredoxreaktionen. Um eine Akkumulation mehrerer Ladungsträger am Reaktionszentrum zu erreichen müssen entweder mehrere aufeinanderfolgende lichtinduzierte Ladungsträgerübertragungsschritte stattfinden, wobei jeder Schritt durch Absorption eines Photons initiiert wird, oder die Ladungstrennung von mehrfach angeregten Systemen kann zu einem quasi simultanen Transfer mehrerer Ladungen führen. Der Fokus bisheriger Untersuchung lag hauptsächlich auf der Ladungsträgerdynamik unter Einzelanregungsbedingungen. Um diese Einschränkung zu überwinden, zielt dieses Projekt darauf ab, die Dynamik von Exzitonen und Ladungsträgern in niedrigdimensionalen kolloidalen Halbleiternanostrukturen mit mehreren Anregungen unter Verwendung Pump-Pump-Probe transienter Absorptionsspektroskopie zu untersuchen.Das Projekt wird Einblicke in lichtinduzierte Elektronentransferkaskaden unter in-situ-Bedingungen über den ersten Elektronentransferschritt hinaus ermöglichen. Im Fokus stehen mit einem Metallpartikel funktionalisierte CdSe@CdS-Nanostäbchen, die hocheffizient für die Umwandlung von Photonen in Wasserstoff sind. Der Einfluss der Bildung einer zusätzlichen Barriere für die Ladungstrennung an der Grenzfläche zwischen Halbleiter und Metall aufgrund der Aufladung des Metallteilchens nach dem ersten Elektronentransferschritt auf den Elektronentransferprozess wird untersucht. Dies wird das bereits verfügbare Wissen für den ersten Ladungstransfer erweitern und die Entwicklung optimierter Strukturen zu unterstützen.Die Wechselwirkung mehrerer Exzitonen und ihre Dynamik werden in Heteronanostrukturen, z. B. CdSe@CdS-Nanostäbchen, untersucht. Die Wahl der Anregungswellenlänge ermöglicht es in Heterostrukturen die anfängliche Lokalisierung eines erzeugten Exzitons in einer definierten Subdomäne zu steuern. Die Zeitskala der Löschung zweier anfänglich räumlich getrennter Exzitonen durch Auger-Rekombination (AR) wird Einblick in die Wechselwirkung von Exzitonen in Abhängigkeit von strukturellen und elektronischen Faktoren (Volumen und Aspektverhältnis der Partikel- und Bandenausrichtung) in der Nanostruktur liefern. Ferner werden Wechselwirkungen zwischen Mehrfachanregungen in Anordnungen von Halbleiternanopartikeln mit unterschiedlichem Grad an elektronischer Kopplung betrachtet. Die Kopplungsstärke zwischen benachbarten Partikeln kann durch Modifikation der Oberflächenliganden der Partikel eingestellt werden, was die Exzitonenmigrationsprozesse innerhalb der Nanopartikelanordnung beeinflusst. Die Exzitonendiffusion in der Schicht kann zur Löschung durch AR führen. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, die Beziehungen zwischen AR-Zeitskala und Struktur zu verstehen um die zukünftige Nutzung von Multiexzitonenprozessen in Lichtsammelanwendungen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle