Laserexcitatie van een ftalocyaninemolecuul op het oppervlak van een edelgascluster bestaande uit enkele honderden neonatomen. Het systeem heeft een grootte van minder dan tien nanometer. Krediet: Ulrich Bangert et al
Hoe moleculen aan een oppervlak binden, is van centraal belang bij chemische reacties, waardoor de mogelijkheid om bindingsconfiguraties in geïsoleerde nanosystemen te bestuderen van groot belang is. Een onderzoeksteam uit Freiburg onder leiding van dr. Lukas Bruder en prof. dr. Frank Stienkemeier is er nu in geslaagd de bindingsconfiguraties en mobiliteit van organische moleculen op ultrakoude edelgasdeeltjes te bestuderen. Daarbij verkregen ze informatie over de verschillende bindingsconfiguraties tussen de moleculen en het oppervlak van de nanodeeltjes en hoe deze configuraties zich ontwikkelen na blootstelling aan licht. Hiertoe werden ftalocyaninemoleculen bestudeerd als belangrijke bouwstenen voor opto-elektronische en organische fotovoltaïsche toepassingen. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie.
Bijzonder hoge tijd- en energieresolutie
Voor de experimenten werden enkele moleculen afgezet op geïsoleerde edelgasdeeltjes in ultrahoog vacuüm en vervolgens bestudeerd met coherente tweedimensionale spectroscopie. Deze techniek, toegepast op geïsoleerde nanosystemen, maakt de studie van moleculaire eigenschappen mogelijk met een bijzonder hoge tijd- en energieresolutie. De tijdresolutie is hier slechts een fractie van een miljoenste van een miljoenste van een seconde, waardoor het mogelijk is om bindingsprocessen in realtime te volgen.
“Wat vooral verrassend is, is het grote aantal mogelijke bindingsconfiguraties dat we konden inschatten”, zegt Ulrich Bangert, die grotendeels verantwoordelijk was voor het laboratoriumwerk. Deze waarneming, die mogelijk werd gemaakt door voor het eerst het homogene lijnprofiel in een dergelijk systeem te bepalen, biedt nieuwe prikkels voor theoretische modellering van de nanodeeltjes.
“Het zal interessant zijn om te zien hoe onze onderzoeksmethode kan worden overgedragen naar andere nanodeeltjes, zoals katalytische nanodeeltjes”, zegt Lukas Bruder, kijkend naar de toekomst.
“De bereikte hoge resolutie toont echter in het algemeen ook een veelbelovend perspectief voor het onderzoeken van fotochemische reacties in nanosystemen”, voegt Frank Stienkemeier toe.
Ulrich Bangert et al, Tweedimensionale elektronische spectroscopie met hoge resolutie onthult het homogene lijnprofiel van chromoforen opgelost in nanoclusters, Natuurcommunicatie (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31021-z
Natuurcommunicatie
Geleverd door de Universiteit van Freiburg
