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Time-Resolved Structural Imaging of Chemical Transition State Dynamics

Projektbeschreibung

Der strukturellen Dynamik chemischer Reaktionen auf der Spur

Bei chemischen Reaktionen kommen die Moleküle einander derart nahe, dass chemische Bindungen zwischen den Atomen aufgebrochen und neue gebildet werden. Die Konfigurationen während der chemischen Umwandlung, die weder Reaktionspartner noch Produkte darstellen, werden als Übergangszustand bezeichnet. Ziel des EU-finanzierten Projekts c-TSD-p ist die Überwindung jener Barrieren, welche der experimentellen Darstellung der strukturellen Umwandlungen während des Übergangszustands im Wege stehen. Es wird eine Konfiguration entwickeln, welche die chemische Reaktion zu einem bestimmten Zeitpunkt mittels eines Femtosekunden-Laserpulses auslösen soll. Die Forschenden planen, mithilfe der abstimmbaren Wellenlänge des Laserpulses die Geschwindigkeit zu steuern, mit der die beiden Reaktionspartner aufeinandertreffen. Die dreidimensionale Struktur des Übergangszustands wird mit Coulomb-Explosions-Bildgebung dargestellt.

Ziel

For bonds to be broken and new bonds to be formed, chemical reactants have to come close to each other and evolve through transient intermediate configurations known as the transition state. Transition state dynamics is closely related to reaction mechanisms and of fundamental importance in chemistry. Much work has been done to unravel these dynamics, which often involve major structural rearrangement of atoms. However, there are a lot of open questions since to date none of the applied spectroscopic techniques has directly delivered the time-dependent transition state structure. I propose to develop a novel probe that images, one molecule at a time, the full three-dimensional atomic configuration of individual transition states as they evolve: Reaction precursors are prepared using molecular ions and small (ionic) clusters with defined initial structure and tunable internal temperature. Starting from these well-defined initial configurations, chemical dynamics will be initiated by a femtosecond laser pulse. Timed Coulomb Explosion Imaging, induced by extremely short intense laser or X-ray pulses together with full coincidence momentum imaging of all fragments is then applied as a probe. The latter yields the evolving transition state structure by mapping the position of all atoms as a function of time-delay between the two pulses. I argue that the progress in laser technology in recent years was imperative to make such a scheme feasible now, since it allows measurements at high repetition rate, which is absolutely crucial. I propose work packages of increasing complexity to study ground state chemical reactions in the presence of solvent molecules and under the influence of a control pulse. The structural information obtained from Coulomb Explosion Imaging gives direct insight into how reaction mechanisms change under such conditions. I anticipate that light will be shed on some of the long-standing open questions surrounding transition state dynamics.

Gastgebende Einrichtung

UNIVERSITAET KASSEL
Netto-EU-Beitrag
€ 1 938 768,12
Adresse
MONCHEBERGSTRASSE 19
34125 Kassel
Deutschland

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Region
Hessen Kassel Kassel, Kreisfreie Stadt
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 1 938 768,12

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