Untersuchung der Chemie reaktiver Moleküle mit Synchrotronstrahlung

• Antragsteller: Professor Dr. Ingo Fischer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 342738563

In diesem Projekt untersuchen wir die Chemie reaktiver Moleküle durch Photoionisation mit Synchrotronstrahlung im Vakuum-Ultraviolett und im weichen Röntgenbereich. Im Mittelpunkt stehen reaktive anorganische Moleküle, aber auch organische Spezies mit Stickstoff. Wir konzentrieren uns auf Fragestellungen, die relevant für Verbrennungsprozesse, Plasmen, Atmosphären- und Astrochemie sind, aber auch auf solche von grundlegendem Interesse. Die Experimente werden an den Speicherringen Soleil bei Paris und der Swiss Light Source (SLS) in Villigen/CH durchgeführt. Ionen und Elektronen werden in Koinzidenz nachgewiesen und massenselektive Photoelektronenspektren werden aufgenommen. Diese Technik ermöglicht es, Reaktionsprodukte isomerenselektiv zu identifizieren. Die reaktiven Moleküle selber werden durch Pyrolyse, Photolyse oder Reaktionen mit Halogenatomen aus geeigneten Vorläufern hergestellt. Das Projekt selber ist in drei Arbeitspakete aufgeteilt:1. Im ersten Paket wird die Kinetik reaktiver Moleküle in einem Flussreaktor studiert. Isocyansäure, HNCO ist der Vorläufer für Reaktionen, die von Interesse für die Troposphärenchemie sind. Im ersten Schritt untersuchen wir seine Reaktion mit Chloratomen, die zu NCO + HCl führt. Das Reaktionsprodukt NCO ist dann der Startpunkt für den nächsten Schritt, in dem die Reaktion NCO + C2H2 untersucht wird, die in Verbrennungsprozessen auftritt. Wir werden die Produkte anhand ihrer Photoelektronenspektren identifizieren und Bildungsraten messen. Die Photolyse von HNCO bei 212 nm wiederum erzeugt NH Radikale. Wir werden die Reaktion mit Sauerstoff untersuchen und wiederum Raten für die Bildung der einzelnen Produkte messen. 2. Wir werden reaktive anorganische Moleküle mit Bor, Silizium und Elementen der 5. Hauptgruppe des Periodensystems durch Photoelektronenspektroskopie charakterisieren. Das Interesse an Borverbindungen entstand durch unsere Arbeiten an Diboren. Wir werden dessen elektronische Struktur gezielt beeinflussen, in dem wir Bor durch Stickstoff ersetzen und reaktive Moleküle der Zusammensetzung HxBNHy charakterisieren. Die Spektroskopie siliziumhaltiger Radikale wie SiH3 und SiH2 wiederum ist relevant für die Plasmachemie. Unser Interesse an reaktiven Molekülen mit Atomen in der fünften Hauptgruppe beruht auf den Arbeiten an Methylbismuth in der ersten Förderperiode. Aus den Photoelektronenspektren der Moleküle vom Typ ECH3 (E=P, As, Sb) werden wir bestimmen, ab welcher Position im Periodensystem sich die Element-Kohlenstoff-Bindung von der Doppel- zur Einfachbindung verändert und das Molekül einen Triplettgrundzustand einnimmt. 3. In den Experimenten mit weicher Röntgenstrahlung konzentrieren wir uns auf die Fragmentation nach Anregung bzw. Ionisation von 1s Elektronen. Wir werden HCNO (Fulminsäure), H3BCO (Carbonylboran) und HNCS (Isothiocyansäure acid) untersuchen, mit HNCO und CO2 vergleichen und daraus Trends in der Regioselektivität der Fragmentationsdynamik ableiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen