17.06.2022 - Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Neue Einblicke zu Anordnung und Mobilität von Molekülen auf Nanopartikel-Oberfläche

Bindung zwischen Molekülen und Nanopartikeln mit hoher Präzision untersucht

Die Bindungskonfiguration von Molekülen mit einer Oberfläche ist von zentraler Rolle in chemischen Reaktionen. Die Möglichkeit, Bindungskonfigurationen in isolierten Nanosystemen zu untersuchen, ist deshalb von hohem Interesse. Einem Freiburger Forscherteam um Dr. Lukas Bruder und Prof. Dr. Frank Stienkemeier ist es nun gelungen, die Anordnung und Mobilität organischer Moleküle auf ultrakalten Edelgaspartikeln zu untersuchen. Hierbei erhielten sie Information darüber, wie sich die Moleküle an die Partikel binden und wie sich diese Bindungen nach der Einstrahlung von Licht entwickeln. Untersucht wurden Phthalocyanin-Moleküle als wichtige Bausteine für Optoelektronik- und organische Photovoltaikanwendungen. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Besonders hohe Zeit- und Energieauflösung

Für die Experimente wurden im Ultrahochvakuum einzelne Moleküle auf isolierten Edelgaspartikeln deponiert und anschließend mittels kohärenter zweidimensionaler Spektroskopie untersucht. Diese Technik, angewandt auf isolierte Nanosysteme, ermöglicht die Untersuchung der molekularen Eigenschaften mit besonders hoher Zeit- und Energieauflösung. Die Zeitauflösung ist dabei nur ein Bruchteil eines Millionstels eines Millionstels einer Sekunde und ermöglicht es, in Echtzeit die Bindungsprozesse zu verfolgen.

„Überraschend ist vor allem die große Anzahl an möglichen Bindungskonfigurationen, die wir abschätzen konnten“, sagt Ulrich Bangert, der maßgeblich für die experimentelle Durchführung verantwortlich war. Diese Beobachtung, die durch die erstmalige Bestimmung der homogenen Linienbreite in einem solchen System möglich wurde, bietet neue Anreize für die theoretische Modellierung der Nanopartikel.

Vielversprechender Ansatz für weitere Untersuchungen

„Interessant wird sein, wie sich unsere Untersuchungsmethode auch auf andere, beispielsweise katalytische Nanopartikel übertragen lässt“, sagt Lukas Bruder mit Blick in die Zukunft. „Die erzielte hohe Auflösung stellt aber auch generell einen vielversprechenden Ansatz zur Untersuchung photochemischer Reaktionen in Nanosystemen dar“, ergänzt Frank Stienkemeier.

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