Photomodulation of interfacial electron transfer by optical switches

• Antragsteller: Professor Dr. Josef Wachtveitl
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5429244

Ziel des Projekts ist die Untersuchung des ultraschnellen Elektrontransfers an Farbstoff-Halbleiter-Systemen. Dazu soll in Anreg-Abtast-Experimenten mit einer Zeitauflösung von unter 30 fs die Ladungsinjektion von photoangeregten Farbstoffmolekülen verfolgt werden, die an der Oberfläche von TiO2- bzw. ZrO2-Nanokristallen adsorbiert sind. Hierbei kann ein im letzten Jahr an der Goethe-Universität Frankfurt aufgebauter UV/vis-Messplatz eingesetzt werden. Durch Variation der Energetik von Donor- und Akzeptorzuständen können entscheidende Reaktionsparameter wie elektronische Kopplung oder (interne bzw. Solvens-) Reorganisationsenergie getestet werden. Bei einer Beschreibung dieser Reaktion im Rahmen der konventionellen Marcus-Theorie ersetzt das Kontinuum elektronischer Energieniveaus die Schwingungsniveaus des Akzeptors. Durch eigene Arbeiten konnte allerdings vor kurzem gezeigt werden, dass die primäre Ladungsinjektion bei stark adsorbierten Farbstoffen im sub-10 fs Bereich abläuft und das Modell eines schwingungsvermittelten Elektronentransfers seine Gültigkeit verliert. Die fundamentale Fragestellung nach dem Mechanismus von Elektrontransferreaktionen in diesem Zeitbereich soll in einem gemeinsamen Ansatz von Experimenten und Zusammenarbeit mit theoretischen Gruppen verfolgt werden. Weitere Messvorhaben erstrecken sich auf DonorAkzeptor-Systeme, die eine gezielte Untersuchung von Oberflächenzuständen erlauben. Hier sollten Rückschlüsse auf die Zeitskalen möglich sein, auf denen Ladungstransferprozesse an der Oberfläche ablaufen. Ebenso sollte die Analyse der Lösungsmitteldynamik sowie die Identifikation verschiedener Molekülschwingungen als Reaktion auf den schnellen Elektrontransfer bei der vorhandenen Zeitauflösung der experimentellen Beobachtung zugänglich sein. Die Untersuchungen sollen zur Entwicklung von Modellen für stark gekoppelte Farbstoff-Halbleiter-Systeme führen und können von entscheidender Bedeutung für die Optimierung der Konversionseffizienz photoelektrochemischer Zellen sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen