SFB 1636:  Elementarprozesse Lichtgetriebener Reaktionen an Nanoskaligen Metallen

Fachliche Zuordnung Chemie
Physik
Förderung Förderung seit 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510943930
 

Projektbeschreibung

Die lichtgesteuerte Chemie an Metallen im Nanomaßstab ist ein neues, interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Expertise von der Nano-Optik und der Physik der kondensierten Materie über die physikalische Chemie bis hin zur organischen und anorganischen Chemie bündelt. Die Vision des Forschungsgebietes ist nicht nur, chemische Reaktionen über die katalytischen Eigenschaften von Metallen im Nanomaßstab zu steuern, sondern auch die Reaktionswege so präzise zu kontrollieren und zu ändern, dass sie durch Sonnenlicht aktiviert werden können, um nachhaltige Technologien zu ermöglichen. Chemische Reaktionen, die durch die Einkopplung von Licht in kollektive Ladungsschwingungen im Metall verstärkt werden, werden als "plasmonische Chemie" bezeichnet, wobei zahlreiche umstrittene mechanistische Details diskutiert werden. Unser Forschungsprogramm hat zwei Ziele: Wir wollen (A) basierend auf Modellsystemen ein umfassendes mikroskopisches Verständnis der primären Prozesse entwickeln, die zu lichtgetriebenen chemischen Reaktionen an Metallen im Nanomaßstab führen. Andererseits wollen wir (B) neue chemische Wege erforschen, die auf plasmonengestützter Chemie basieren, mit dem langfristigen Ziel, neue Materialien und neue Synthesemethoden zu etablieren. Die Forschungsaktivitäten in (A) konzentrieren sich daher auf elementare physikalische Prozesse in Modellsystemen, welche die Grundlage für neue chemische Reaktionen in (B) bilden, die an nanoskaligen Metallen ablaufen. Wir konzentrieren uns auf die lichtinduzierte Umwandlung organischer Moleküle, Polymerisationen und die Funktionalisierung von Nanopartikeln. Mit Experimenten und theoretischer Modellierung untersuchen wir die elementaren Schritte, die quantisierte Photonenenergie für chemische Reaktivität nutzbar machen: Energetische Elektronen und Löcher, die durch Photoanregung des Metalls erzeugt werden, aktivieren molekulare Bindungen durch Ladungstransfer. Gleichzeitig wird elektronische Energie in Schwingungsanregungen im Metall und seiner Umgebung auf der Nanoskala umgewandelt. Phänomene wie hybride Licht-Materie-Zustände, die durch starke Kopplung entstehen, und Wärmetransport im Nanomaßstab einschließlich Quanteneffekten sind aktuelle Herausforderungen für Experimente und Modellierung. Unsere hochspezifischen, ultraschnellen Pump-Probe-Techniken zielen darauf ab, die primären Prozesse in ihrer zeitlichen Abfolge zu erfassen und spektroskopisch aufzuklären. Mit hochaufgelöster Mikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie werden die Reaktionszwischenprodukte und -produkte untersucht. Gemeinsam werden wir neue plasmonengestützte Syntheseschemata für eine lichtinduzierte selektive und effiziente Chemie entwickeln. Durch komplementäre Expertise in Chemie und Physik kombiniert mit einer zeitgemäßen interdisziplinären Ausbildung werden wir eine moderne Sichtweise der lichtgesteuerten Chemie entwickeln, die auf modernen Methoden der Steuerung von chemischen und physikalischen Prozessen im Nanobereich beruht.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Universität Potsdam
Beteiligte Hochschule Berliner Hochschule für Technik (BHT); Humboldt-Universität zu Berlin
Beteiligte Institution Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY); Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP); Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Sprecher Professor Dr. Matias Bargheer