Photodynamik kleiner aromatischer Moleküle und ausgewählter anorganischer Isostere

• Antragsteller: Professor Dr. Ingo Fischer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545634500

In diesem Projekt werden wir die Photochemie, Photophysik und Photodissoziationsdynamik kleiner aromatischer Moleküle in der Gasphase untersuchen. Motiviert wird das Projekt durch das fundamentale Interesse an einigen der Moleküle, aber auch durch ihre Relevanz in verschiedenen Bereichen der Chemie. Im Zentrum stehen C6H6 Isomere, B,N Isostere (je zwei Kohlenstoff-Atome ersetzt durch ein Stickstoff- und ein Bor-Atom) und schließlich ausgewählte C7H6 und C7H5 Isomere. Sowohl die C6H6 Isomere Fulven und DMCB als auch mehrere C7Hx Spezies sind Intermediate in der Bildung aromatischer Ringe und polyzyklischer Kohlenwasserstoffe (PAH) in Umgebungen wie Verbrennungsprozessen und dem interstellaren Raum. Der Mechanismus der PAH-Bildung stellt noch immer ein wichtiges ungelöstes chemisches Problem dar. Trotz ihrer Bedeutung wurden die Chemie und Spektroskopie vieler dieser Moleküle bislang nur oberflächlich untersucht. Werden dagegen zwei C-Atome durch je ein B und ein N ersetzt, erhält man Isostere mit der gleichen Elektronenzahl, aber einer signifikant veränderten elektronischen Struktur, die zu potentiell interessanten Materialeigenschaften führt. So wird vermutet, dass B,N Einbau in PAHs "Singlet Fission" ermöglicht, einen photophysikalischen Prozess, der die Effizienz von Solarzellen erhöht. Hier werden wir Borazin (das "anorganische Benzol") und 1,4-Azaborin untersuchen, um die Photochemie von B,N Isosteren des Benzols besser zu verstehen. In den Experimenten wird Laseranregung genutzt, um die Photochemie zu initiieren, die anschließenden Reaktionen werden über Ionisation verfolgt. Während die primären photophysikalischen Prozesse mithilfe der zeitaufgelösten Spektroskopie in Saclay untersucht werden, dient die Detektion der Photofragmente in Würzburg dazu, die Prozesse zu analysieren, die auf einer längeren Zeitskala ablaufen. Als Neuerung gegenüber früheren Experimenten werden wir Femtosekundenpulse im weichen Röntgenbereich verwenden, um Reaktionsschritte zu untersuchen, die mit Standardmethoden nicht zugänglich sind. Zusätzlich werden die Struktur und die Reaktionen in den molekularen Kationen mit Synchrotronstrahlung studiert, um das Bild der Chemie zu vervollständigen. Die Experimente werden durch Rechnungen vervollständigt, in denen die Prozesse durch Moleküldynamik simuliert werden. Das Projekt wird nur durch die komplementären Fähigkeiten der Antragsteller ermöglicht. Das Würzburger Team besitzt Erfahrung in der Chemie reaktiver Moleküle, ihrer Photodissoziation und Photoionisation, und trägt Kompetenz in der Theorie bei. Das Paris-Saclay Team ist dagegen eine führende Gruppe auf dem Gebiet der ultraschnellen Spektroskopie. Beide Teams pflegen seit vielen Jahren eine enge Zusammenarbeit und die Projektleiter haben bereits zwei binationale Doktorarbeiten (cotutelle de these) gemeinsam betreut. Dies zeigt, dass der Rahmen für ein erfolgreiche gemeinsames Projekt steht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Roland Mitric
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Lou Barreau; Professor Dr. Lionel Poisson