Atmosphären Photochemie im Grenzbereich - Untersuchung der Entstehung flüchtiger organischer Verbindungen an der Luft Wasser Grenzfläche mit Sum Frequency Generation Spektroskopie

• Antragsteller: Dr. Lars Schmüser-Steger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405340029

Ozeane, Seen und Flüsse repräsentieren ca. 70% der Erdoberfläche. Die Wasseroberfläche ist bedeckt mit einer Schicht organischer Moleküle, der Sea-Surface Microlayer (sea-SML). Diese besteht hauptschlich aus Lipiden, Proteinen, Polysachariden und Kohlenwasserstoffen. Die hohe Konzentration an organischen Molekülen an der Wasseroberfläche erlaubt photochemische Reaktionen durch Sonneneinstrahlung, die in Lösung in Wasser nicht ablaufen können. Somit wirkt die Wasseroberfläche als photokatalytische Oberfläche. Bei diesen photochemischen Reaktionen entstehen unter anderem flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs), welche vermutlich einen starken Einfluss auf das globale Ökosystem, das Klima und damit auch auf das menschliche Leben haben. Die Produkte und Reaktionswege dieser photokatalytischen Prozesse an Wasseroberflächen sind noch weitestgehend unbekannt. In den bisherigen Studien wurden ausschließlich Reaktionsprodukte in der Gas- und Flüssigphase untersucht, die Reaktionen direkt an der Oberfläche wurden noch nicht verfolgt. Das Ziel dieses Projekts liegt darin, die photochemischen Reaktionspfade und -kinetiken der Wasseroberfläche mit oberflächensensitiven Methoden zu verstehen. Ich möchte zu diesem Zweck Messungen mittels Sum Frequency Generation Spectroscopy (SFG) und Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS) durchführen. Hierbei liegt der Fokus ausschließlich auf Reaktionen, die in der Wasseroberfläche – der sea-SML – stattfinden. Zeitaufgelöste SFG Spektroskopie – mit einer zeitlichen Auflösung im ps Bereich – dient hierbei der Erfassung der Reaktionskinetiken, die chemische Spezifität von ToF-SIMS hilft die Information der Schwingungsmode von SFG in das Verständnis chemischer Verbindungen und Reaktionspfade zu übertragen.Ein besseres Verständnis der photochemischen Reaktionen im sea-SML, also von Reaktionen, die auf einem Großteil der Erde ständig ablaufen, wird helfen, chemische Zusammenhänge im globalen Ökosystem besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Dänemark, USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professorin Merete Bilde; Professor David G. Castner