ERC Advanced Grant für Röntgenschnappschüsse von reagierenden Säuren und Basen

Wie Säuren und Basen in Wasser reagieren, ist eine Hauptfrage seit den Gründerjahren der modernen Chemie. In den letzten Jahrzehnten sind mikroskopische Mechanismen von Protonenaustausch zwischen Säuren und Basen - und insbesondere die bedeutende Rolle, die Wasser dabei spielt - intensiv erforscht worden. Die Ultrakurzzeitspektroskopie hat dabei gezeigt, dass die Elementarschritte von wässrigem Protonentransfer auf Zeitskalen von Femto- bis Pikosekunden stattfinden. Wässrige Säure-Base-Neutralisierung findet hauptsächlich schrittweise über Wasser statt, das sich zwischen Säuren und Basen aufhält. Die Ultrakurzzeitexperimente, die molekulare Übergänge von ultravioletten, sichtbaren und mittleren infraroten Spektralbereichen untersuchen, geben jedoch nur einen kleinen Einblick in die elektronischen Strukturen von Säuren, Basen und die Wassermoleküle, die Protonentransfer in kondensierter Phase ermöglichen. Mit sanfter Röntgenabsorptionspektroskopie (XAS) lässt sich hingegen die elektronische Struktur elementspezifisch bestimmen.

Ziel des aktuellen Forschungsvorhabens ist es, eine "steady-state" und zeitaufgelöste sanfte Röntgenspektroskopie von Säuren und Basen zu entwickeln. Dabei wird eine neuartige Flachstrahltechnologie mit unterschiedlichen Röntgenquellen eingesetzt, beispielsweise Synchrotrons oder "table-top" laserbasierte höhere Harmonische-Systeme. Die Erforschung der elektronischen Strukturdynamik der Elementarschritte des wässrigen Protonentransports wird zu einem besseren Verständnis der Rolle des Wassers in Lösungen beitragen - dies gilt auch für spezielle Fälle wie die Wasserstoff-Brennstoffzelle oder biologische Zellmembranproteine.

Erik T. J. Nibbering, Leiter der Abteilung Femtosekundenspektroskopie von molekularen Systemen am MBI, ist einer der international führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Erforschung ultraschneller chemischer Reaktionen. Hierzu zählen insbesondere der Protonentransfer zwischen Säuren und Basen, der Elektronentransfer in Donor-Akzeptor-Komplexen und Trans-/Cis-Isomerizationen. In den letzten Jahren hat er vor allem die Dynamik von Wasserstoffbrückenstrukturen zwischen Säuren und Basen und hydratisierten Protonen auf ultrakurzen Zeitskalen untersucht.

Quelle: Forschungsverbund Berlin