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Anionen-Photodetachment-Photoelektronen-Spektroskopie als neuer, systematischer Zugang zu dunklen, angeregten Neutralzuständen

Siegert, Swen - Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (2011)


Im Rahmen dieser Dissertation ist eine Apparatur zur Anionen-Photodetachment-Photoelektronen-Spektroskopie konzipiert, konstruiert, montiert, getestet und optimiert worden. Zur möglichst effektiven Spektroskopie dunkler Neutralzustände ist eine weltweit einmalige Kombination von neu entwickelten Methoden und verbesserten, bereits etablierten Verfahren zusammengestellt und erprobt worden. Die apparative Umsetzung beinhaltet ein Anionen-Flugzeit-Massenspektrometer in Kombination mit einem Photoelektronenspektrometers mit einer magnetischen Flasche. Um mit geringen Anionenzahlen arbeiten zu können, wurde die Effizienz der einzelnen Komponenten optimiert. Hierzu wurden eine einzigartige Elektronenkanone, eine neuartige Ionenquellenbeschaltung, ein massenselektierender Umlenkquadrupol und eine nachfokussierende Ionenabbremsoptik entwickelt.

Dieses Spektrometer wurde angewendet, um den systematischen Zugang zu ππ* Triplett-, nπ*- und Ladungstransferzuständen zu demonstrieren: Die Spektroskopie der Triplettzustände wurden an einer α-Oligothiophenreihe von zwei bis sechs Monomereinheiten Länge getestet und im Vergleich mit Daten der theoretischen Chemie ausgewertet. Die Ergebnisse ergaben neu Einsichten in die Energetik der unteren elektronischen Zustände.

Die Untersuchung der nπ*-Zustände wurde exemplarisch am Xanthon gezeigt. Es gelang die dunklen Zustände der neutralen, optischen Spektroskopie zu detektieren und obwohl sie nicht exakt, spektral aufgelöst werden konnten, mit Hilfe der Computerchemie vorläufig zuzuordnen.

Die Beobachtung der Ladungstransferzustände wurde an einer Reihe von Anionen-Komplexen erprobt. Es konnte bewiesen werden, dass die Ladungstransferzustände mit dieser Methode direkt zugänglich sind und dass sie von biologischer Relevanz sein können.

Diese Ergebnisse dokumentieren, dass die Anionen-Photodetachment-Photoelektronen-Spektroskopie in der Lage ist, auf direktem Wege anderweitig schwer zugängliche Zustände zu erreichen. Die hier besprochenen, molekularen Beispiele belegen zudem, dass die exakte Bestimmung dieser Zustände, zu neuen Erkenntnissen in der Photophysik oder Photochemie beitragen kann. Die neu erworbenen Daten können von fundamentalem (vgl. nπ*-Messungen am Xanthon), technischem (vgl. ππ*-Untersuchungen der α-Oligothiophenreihe) oder biologischem (vgl. CT-Zustände der Spektroskopie an Komplexen) Nutzen sein.


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