Spektroskopie und Elektronische Struktur

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Fauster; Privatdozent Dr. Ole Lytken; Professor Dr. Hans-Peter Steinrück
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214951840

In enger Zusammenarbeit mit den anderen funCOS-Projekten ist das Ziel von funCOS 2 die Untersuchung der elektronischen Struktur adsorbierter Porphyrine auf verschiedenen Oxidoberflächen mittels Elektronenspektroskopie. Im Speziellen sollen nicht- funktionalisierte Porphyrine sowie mit Carbonsäuren, Phosphonsäuren, Hydroxamsäuren, Hydroxyl und Catechol funktionalisierte Porphyrine auf Magnesium-, Titan- und Cobaltoxid studiert werden. Darüber hinaus sind auch relevante Reaktionen der adsorbierten Moleküle mit der Oxidoberfläche von Interesse; dazu gehören Metallierungs-, Metallionenaustausch- und Dehydrierreaktionen. Um eine hinreichende Leitfähigkeit der Substrate zu gewährleisten, sind dünne MgO(100)-Filme auf Ag(100), Rutil-TiO2(110) Einkristalle sowie dünne CoO(100)-, CoO(111)- und Co3O4(111)-Filme auf Ir(100) vorgesehen. Die Porphyrine werden standardmäßig auf die Oxide unter Ultrahochvakuumbedingungen aufgedampft; zusätzlich steht für empfindliche Moleküle mit instabilen Ankergruppen eine Pulsspray-Depositionssystem zur Verfügung, das in funCOS 3 beantragt wird. In der ersten Förderperiode lag der Schwerpunkt auf dem funCOS "Showcase System" MgO(100) und einfachen Porphyrinen ohne Ankergruppen. Für die kommende Förderperiode wollen wir uns Porphyrinen mit Ankergruppen auf Titan- und Cobaltoxidoberflächen zuwenden. Die elektronische Struktur der reinen Oxide und der adsorbierten Porphyrine wird mit Zweiphotonenphotoemission und Photolumineszenzmessungen im Labor in Erlangen untersucht werden, ergänzt durch Synchrotron-basierte UV-Photoelektronenspektroskopie. Der Fokus liegt dabei auf den besetzten und unbesetzten Zuständen und deren Rolle für die Bindungsbildung und den Ladungstransfer. Basierend auf der für MgO(100) und TiO2(110) beobachteten Selbstmetallierung von Porphyrinen, d. h. des Austausches der beiden zentralen Protonen mit einem Metallion der Oberfläche, werden wir diese Reaktion auch auf Kobaltoxidoberflächen untersuchen; für die Messungen ist die Röntgenphotoelektronenspektroskopie besonders geeignet. Kürzlich fanden wir auch Hinweise auf einen Austausch des Kobaltions in Kobalt-5,10,15,20-Tetraphenylporphyrin mit einem Magnesiumion einer MgO(100)-Oberfläche; dieser Fragestellung wollen wir nun insbesondere mit Photolumineszenzmessungen nachgehen. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Untersuchung von Dehydrierreaktionen von Tetraphenylporphyrinen, die zu C-C-Bindungen zwischen den Phenyl- und Pyrrolringen führen. Solche Reaktionen sind für Metalle bekannt und wir wollen sie nun auf Oxidoberflächen studieren; hierfür sollen Nahkantenröntgenabsorption und stehende Röntgenwellenfelder zum Einsatz kommen, die jeweils Rückschlüsse auf die molekulare Geometrie erlauben. Eine weitere wichtige Fragestellung ist die Diffusion von Porphyrinmolekülen in kondensierten Multilagenschichten, die mit einer Kombination aus Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Temperaturprogrammierter Desorption untersucht werden soll.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen
• Internationaler Bezug: Argentinien, China, USA
• Kooperationspartner: Professor Robert Bartynski; Professor Federico Williams; Professor Junfa Zhu