Flüssig spektroskopieren im Vakuum
Pump-Probe-Experimente dank ionischer Flüssigkeit in Ultrahochvakuum möglich.
Ein Team von Forschern des Helmholtz-Zentrums Berlin hat eine neue Methode entwickelt, um Moleküle in Lösung mit Laserexperimenten analysieren zu können. Dies war bisher schwierig, weil sich dafür die Probe im Vakuum befinden muss, Flüssigkeiten unter Vakuum aber verdampfen. Dem Team ist es nun gelungen, das Lösungsmittel durch eine ionische Flüssigkeit zu ersetzen, die im Vakuum nicht verdampft: So lassen sich die Moleküle mit einem Laserpuls anregen und das Verhalten der angeregten Zustände im Vakuum messen. Dies gibt Aufschluss über physikalische und chemische Prozesse in neuartigen flüssigen Energie-
Abb.: Ein Laserpuls versetzt die gelösten Moleküle in einen angeregten elektronischen Zustand. Dann lässt sich die Bindungsenergie der angeregten Elektronen messen. (Bild: HZB)
Nicht nur in der Natur finden zahlreiche Prozesse in Lösung statt, sondern auch in der Technik: Zum Beispiel bestehen organische Solarzellen aus gelösten Farbstoffmolekülen, und auch eine neue Klasse von Katalysatormaterialien besteht aus Nanopartikeln in gelöster Form. Um zu verstehen, welche Prozesse Licht in diesen Materialsystemen auslöst, eignet sich die Methode der zeitaufgelösten Photoelektronen-
Dies erlaubt Rückschlüsse auf die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse, die in diesen Materialien möglich sind. Allerdings sind solche Anregungs-
Abb.: Intensität der gemessenen Elektronen (Farbleiste rechts) mit bestimmter Bindungsenergie kurze Zeit nach der Anregung. (Bild: HZB)
Nun hat eine Gruppe um Emad Aziz erstmals gezeigt, dass es eine einfachere Alternative gibt, um PES-
Es gelang ihnen, einen roten Farbstoff, der als Prototyp für Farbstoffe in organischen Solarzellen gilt, in einer ionischen Flüssigkeit zu lösen und mit Photoelektronen-
„Das alternative Lösungsmittel hat keinen Einfluss auf die ultraschnellen Prozesse: Alle Prozesse, die im Lauf dieser ersten Pikosekunde ablaufen, decken sich perfekt mit Resultaten aus Messungen, aber auch mit Simulationen der Prozesse im konventionellen Lösungsmittel“, erklärt Mario Borgwardt, der die Experimente im Rahmen seiner Doktorarbeit durchgeführt hat. Ein wichtiges Ergebnis: Denn die schnellen Prozesse sind es, die zum Beispiel in einer Solarzelle zu Verlusten führen. Als Fazit hält Emad Aziz fest: „Ionische Flüssigkeiten sind eine gute Alternative zu herkömmlichen Lösungsmitteln, um Moleküle in Lösung mit zeitaufgelöster Photoelektronen-
Nun will das Team auch Nanopartikel, insbesondere Nanodiamanten aus Kohlenstoff, in ionischen Flüssigkeiten lösen und mit PES untersuchen. In einem großen Kooperationsprojekt, DIACAT, an dem das HZB mit vielen Partnern arbeitet, testen sie die Eignung von Nanodiamanten als lichtreaktive Katalysatoren für die Erzeugung von solaren Brennstoffen. Die neue Methode kommt da gerade zur richtigen Zeit.
HZB / DE