Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Fahrtenschreiber photochemischer Reaktionen

19.03.2014

Viele chemische Reaktionen laufen mit einer solch hohen Geschwindigkeit ab, dass es kaum möglich ist, die einzelnen Zwischenschritte zu identifizieren. Physikochemiker der Universität Würzburg haben jetzt mit einer neuen Technik erstaunliche Erfolge erzielt.

Chemische Reaktionen in ihre Einzelschritte zu zerlegen und den Weg vom Ausgangsprodukt über die diversen Zwischenstufen bis zum Endprodukt exakt nachzuzeichnen: Das ist eine der Hauptaufgaben der Physikalischen Chemie.


Dreidimensionales Spektrum, das ähnlich einem „Fahrtenschreiber“ den chemischen Reaktionsweg vom roten Startmolekül zum blauen Endmolekül aufzeichnet. Grafik: Stefan Rützel, Universität Würzburg

Einfach ist das nicht, da diese Reaktionen in der Regel in unvorstellbar kurzen Zeiträumen ablaufen. Die hier üblichen Größenordnungen liegen im Bereich von wenigen Femtosekunden – also millionstel Bruchteilen einer milliardstel Sekunde.

Bilder mit begrenztem Aussagewert

Zwar sind sogenannte Femtosekundenlaser in der Lage, in diese Größenordnungen vorzudringen und Licht in die Reaktionsabläufe zu bringen. Allerdings weisen die Bilder, die sie liefern, einen Mangel auf: Die Laser schaffen es oft nämlich nicht, überlappende Signale der Moleküle, ihrer Zwischenstufen und der jeweiligen Endprodukte voneinander zu trennen. In bestimmten Fällen liefern sie deshalb nur Bilder mit begrenztem Aussagewert.

Wissenschaftlern der Universität Würzburg ist es jetzt gelungen, eine Lösung für das Problem zu finden. Daran beteiligt waren die Professoren Tobias Brixner, Inhaber des Lehrstuhls für Physikalische Chemie I, und Bernd Engels vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie sowie Stefan Rützel, Meike Diekmann, Patrick Nürnberger und Christof Walter. Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences vor.

Ein direktes Abbild der Umwandlungsprozesse

„Wir haben die sogenannte dreidimensionale optische Spektroskopie verwendet, die ein direktes Abbild davon liefert, welche Reaktanten in welche Produkte umgewandelt werden können“, sagt Tobias Brixner. Und Patrick Nürnberger zieht die Analogie: „Damit können wir den Ablauf der Reaktion vom Start zum Ziel quasi wie mit einem Fahrtenschreiber genau verfolgen.“

Ultraschnelle photochemische Reaktionen stehen im Mittelpunkt der Forschung von Tobias Brixner und Bernd Engels. Solche Reaktionen laufen ab, wenn Pflanzen bei Lichteinfall die Photosynthese starten. Ohne sie könnten Photovoltaikanlagen kein Licht in Strom umwandeln; sie sind aber auch dafür verantwortlich, dass Farbstoffe leuchten. Auch wenn es darum geht, Daten mit Hilfe von Licht zu verarbeiten und zu speichern, versprechen photochemische Reaktionen neue Perspektiven.

Ein wichtiger Schritt zur Reaktionskontrolle

„Um diese chemischen Reaktionen auf einer molekularen Ebene zu verstehen und – wenn möglich – aktiv zu kontrollieren, ist es notwendig, die vielen einzelnen Schritte, aus denen chemische Reaktionen üblicherweise bestehen, in all ihren Details zu kennen“, erklärt Brixner. Diese Möglichkeit biete nun die „multidimensionale Spektroskopie“, die das Würzburger Team erstmals für diesen Zweck angewendet hat.

Multidimensional spectroscopy of photoreactivity. Stefan Ruetzel, Meike Diekmann, Patrick Nuernberger, Christof Walter, Bernd Engels, and Tobias Brixner, PNAS Early Edition, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1323792111

Kontakt

Prof. Dr. Tobias Brixner, T: (0931) 31-86330, brixner@phys-chemie.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | Uni Würzburg
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie