Ser lys bryde en model fotokatalysator ned i næsten realtid

Kemikere skaber katalysatorer til brug i industrien og andre applikationer. En af metoderne til at skabe disse katalysatorer er ved at bruge lys til at nedbryde organometalliske forbindelser - stoffer, der omfatter både metaller og kulstof. Disse typer forbindelser kaldes fotokatalysatorer. Forskere kalder processen med at nedbryde molekyler med lys, fotodissociation. Forskere studerer ofte fotodissociationen af ​​jernpentacarbonyl som en model til forståelse af andre katalysatorer. Denne undersøgelse brugte en metode kaldet ultrahurtig infrarød (IR) spektroskopi til at undersøge, hvordan ultraviolet lys fotodissocierer gasfasejernpentacarbonyl.

Forskere ved meget om fotokemien af ​​jernpentacarbonyl i opløsningsfasen. Imidlertid, forskere har brug for kombinerede eksperimentelle og teoretiske gasfasestudier for at undersøge molekylets komplekse elektroniske strukturs rolle på dets fotodissociationsprocesser, som kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan virkningerne af opløsningsmidler ændrer reaktionsdynamikken. Denne forskning giver vigtig ny indsigt i mekanismerne, energisk, og tidsskalaer for fotodissociationen af ​​gasfasejernpentacarbonyl. Disse grundlæggende videnskabelige indsigter kan hjælpe forskere med at designe nye organometalliske fotokatalysatorer til industri og andre applikationer.

Jernpentacarbonyl [Fe (CO) ₅ ] interagerer med ultraviolet (UV) lys for at producere reaktive katalytiske arter, der aktiverer visse kemiske bindinger. I dette studie, forskere undersøgte mekanismerne for UV-induceret nedbrydning af jernpentacarbonyl i gasfasen ved hjælp af ultrahurtig IR-spektroskopi kombineret med kvantekemiske beregninger på højt niveau. De udsatte gasfasejernpentacarbonyl for UV -lys i en 265 nanometer eller 199 nanometer puls, og udførte derefter forbigående IR -spektroskopi. Denne brug af ultrahurtig IR -spektroskopi gjorde det muligt at måle hurtige kemiske ændringer i realtid.

Bestråling af jernpentacarbonyl ved 265 nm producerer et kortvarigt mellemprodukt, jerntetracarbonyl [Fe (CO) ₄ ] i en singlet ophidset tilstand. Denne forskning identificerede dette mellemprodukt, tilvejebringelse af beviser for den tidligere postulerede sekventielle dissociationsmekanisme. Tabet af en anden carbonyl (CO -gruppe) fører til dannelse af jerntricarbonyl [Fe (CO) ₃ ] i en singlet ophidset tilstand på en 3,4 pikosekund tidsskala. Derefter, over cirka 10 picosekunder, forskningen fandt tegn på omfordeling af energi eller strukturel udvikling af Fe (CO) ₃ . Undersøgelser af 199 nanometer bestråling tyder på produktion af singlet-ophidset Fe (CO) ₃ på mindre end 0,3 picosekunder, efterfulgt af krydsning af intersystemer til jordtriplettilstandene Fe (CO) ₃ eller jerndicarbonyl [Fe (CO) ₂ ] på en tidsplan på 15 picosekunder. Disse resultater indikerer carbonylelimineringsmekanismer, der involverer elektronisk og vibrationelt ophidsede arter.