Moleküldynamik in der Elektrochemie

Spektroelektrochemie: Durch die an der elektrochemischen Durchflusszelle angelegte Spannung wird das Molekül, ein Tetraphenoxy-substituiertes Perylenbisimid, mit einem weiteren Elektron geladen. Die Umwandlung vom neutralen Molekül zum Anion lässt sich mittel einfach Absorptionsspektroskopie beobachten. Um die Dynamik der unterschiedlichen Spezies zu beobachten, verwenden wir u.a. die Methode der kohärenten 2D Spektroskopie, die den Einsatz von Femtosekundenlaserpulsen mit variablen Verzögerungszeiten (hier T und τ) benötigt.

In diesem Projekt wird das Forschungsfeld der Elektrochemie mit dem der Ultrakurzzeitspektroskopie kombiniert, um die Dynamik von Molekülen mit unterschiedlichen Oxidationszuständen auf der Femtosekundenzeitskala zu untersuchen. Durch das Anlegen einer Spannung in einer elektrochemischen Zelle werden zwischen den Molekülen, oder zwischen den Molekülen und den externen Elektroden, Ladungen übertragen. Dies führt zu einer Änderung der elektronischen Konfiguration und damit der Anregungs- und Emissionseigenschaften sowie der molekularen Dynamik nach Lichtanregung. Die geladenen Moleküle können als radikale Anionen mit einem von Null verschiedenen Gesamtspin agieren. Die Untersuchung solcher elektrochemisch generierten Spezies mit der Ultrakurzzeitspektroskopie eröffnet somit die Möglichkeit, die Dynamik von Reduzierungsvorgängen nachzuverfolgen, oder Prozesse zu betrachten, die Interkombinationen und Spin-Bahndrehimpuls-Kopplung aufweisen. Da geladene Moleküle insbesondere an Ladungstransferprozessen beteiligt sind, ist die zeitaufgelöste Untersuchung ihrer lichtinduzierten molekularen Dynamik auch von großer technologischer Bedeutung, wenn es darum geht, kostengünstige, nachhaltige und großflächig produzierbare optoelektronische Bauteile, wie z.B. Leuchtdioden, Transistoren oder Photovoltaikzellen, aus organischen Molekülen zu fertigen.

Als spektroskopische Methoden kommen in diesem Projekt die transiente Absorptionsspektroskopie und die kohärente 2D Spektroskopie zum Einsatz. Eine Mitarbeit in diesem Projekt umfasst daher primär die Planung und Durchführung zeitaufgelöster Experimente mit den genannten Methoden. Das erfordert insbesondere den Umgang mit Lasern und optischen Bauelementen, oder auch die Ansteuerung von Bauelementen mit zum Teil selbst geschriebenen Programmen. Ein weiterer wichtiger Teil des Projekts besteht im Umgang mit elektrochemischen Durchflusszellen, die speziell für die Kombination mit der Ultrakurzzeitspektroskopie gefertigt sind.

Bei Interesse und für weitere Fragen nimm gerne Kontakt mit uns auf!

Kontakt:

Rebecca Fröhlich, rebbeca.froehlich@uni-wuerzburg.de

Literatur zur Übersicht:

[1] J. Heitmüller et al., Spectrochim. Acta Part A 253, 119567 (2021)

[2] J. Rühe et al., Organic Materials 2, 149-158 (2020)

Abgeschlossene Abschlussarbeiten

Das Thema deiner Abschlussarbeit in unserem Arbeitskreis wird immer anhand der aktuellen Forschungsarbeiten im Labor vergeben. Daher ist es nicht sinnvoll ständig neue, offene Themen hier auszuschreiben. Nimm einfach Kontakt mit uns auf! Um einen Eindruck über mögliche Abschlussarbeiten in diesem Projekt zu bekommen, werden dir im Folgenden eine Auswahl bereits abgeschlossener Arbeiten vorgestellt.

Bachelorarbeit

Ultrakurzzeit-Spektroelektrochemie an einem Perylenbisimid-Cyclophan

In dieser Arbeit wurde die zweite reduzierte Spezies eines Perylenbisimid-Cyclophans mit einer spektroelektrochemischen Zelle generiert und mit transienter Absorptionsspektroskopie untersucht. Zu den Aufgaben gehörten die Justage des Setups, Pulscharakterisierung, das Vorbereiten der Messlösung, der Umgang mit einer elektrochemischen Zelle und das Durchführen sowie die Auswertung von zeitaufgelösten Ultrakurzzeitexperimenten.

Transiente Absorptionskarte der zweiten reduzierten Spezies eines Perylenbisimid-Cyclophans.

Masterarbeit

Ultraschnelle Spektroelektrochemie an Lumogen Rot und einem Perylenbisimid-Cyclophan

In diesem Projekt wurde das radikale Anion eines Perylenbisimids mit einer spektroelektrochemischen Zelle erzeugt und mit transienter Absorptionsspektroskopie untersucht. Für dieses Experiment musste ein neuer Strahlengang aufgebaut werden, der es erlaubt, die Moleküle mit Laserpulsen bei einer Wellenlänge von 800 nm anzuregen. Außerdem wurde die neutrale Form eines Perylenbisimidcyclophans mit transienter Absorption und 2D-Spektroskopie untersucht. Ein Vergleich der Messungen des radikalischen Anions mit dem Cyclophan zeigt, dass das Cyclophan nach der Anregung in einen ladungsgetrennten Zustand übergeht und ein Ionenpaar gebildet wird.