Det manglende led i ledende molekyler, butadien - løst

Lineære polyener er kulbrintkæder med usædvanlige optiske og elektriske egenskaber. De er blevet et paradigme for at studere fotoisomerisering - når molekylære strukturer omarrangerer fra at absorbere lys - på grund af deres enkle molekylære struktur, potentiale for elektrisk ledningsevne, og rolle i visionen. At forstå, hvordan disse molekyler samtidigt omarrangeres gennem fotoisomerisering, kan fremme materialevidenskabelig forskning ved at muliggøre kunstigt syn og producere ledninger af plast, og nye fotovoltaiske teknologier.

Trans 1, 3-butadien, den mindste polyen, har udfordret forskere i løbet af de sidste 40 år på grund af dets komplekse elektroniske struktur i spændings-tilstand og dens ultrahurtige (femtosekund, 10 ^-15 s) dynamik. Butadien er fortsat det "manglende led" mellem ethylen (C ₂ H ₄ , ), som kun har en dobbeltbinding, og længere lineære polyener med tre eller flere dobbeltbindinger.

Nu, et eksperimentelt team ledet af Albert Stolow ved University of Ottawa og National Research Council of Canada har løst trans 1, 3-butadiens elektroniske strukturelle dynamik. Forskerne rapporterede for nylig deres fund i Journal of Chemical Physics .

Stolows gruppe udviklede en ultrahurtig laserspektroskopi kaldet time-resolved photoelectron-photoion coincidence spectroscopy (TRPEPICO) til at udføre denne forskning. Metoden involverer en femtosekund pumpesondeproces, hvor en udsendt fotoelektron måles som en funktion af tiden. Fotoelektronspektret og vinkelfordelingen er følsom over for molekylers elektroniske og strukturelle dynamik. I løbet af de sidste 20 år har Stolow har anvendt sin metode på en lang række problemer, herunder ultraviolet stabilitet af DNA -baser og intramolekylær protonoverførsel.

"Vi har i mange år vist, at vores tilgang fungerer og har givet mange eksempler, "Sagde Stolow. Han studerede tidligere under John C. Polanyi og Yuan T. Lee, to nobelprisvindere, der undersøgte dynamikken i molekylær kollision.

"Mange af os troede, at hvis vi kunne forstå ethylen, den grundlæggende byggesten, vi ville være i stand til at forstå de længere lineære polyener, "Sagde Stolow." Men butadien er det "manglende led". Det virkede ikke til at opføre sig som i begge tilfælde. "

Stolows team opdagede, at trans 1, 3-butadien opfører sig, samtidigt, som både ethylen og længere polyener. Specifikt, der er en ultrahurtig konkurrence mellem ethylenlignende dynamik og polyenlignende dynamik.

Forskningsholdets eksperimentelle resultater blev uafhængigt modelleret og bekræftet beregningsmæssigt af Todd J. Martínezs forskerhold. Martinez er forsker og professor i kemi ved Stanford University, der har specialiseret sig i molekylær kvantedynamik. Michael S. Schuurman fra NRC, en teoretiker med speciale i kvantedynamik, hjalp også med at bekræfte dette arbejde.

"Dette samarbejde er nøglen. Vi kom hver især uafhængigt af de samme resultater, "Stolow sagde." Dramatiske tekniske fremskridt inden for både eksperiment og teori har givet os mulighed for endelig at løse det mangeårige puslespil om elektronisk dynamik i butadien, "manglende led" for polyenfotofysik. "