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Time-Resolved Structural Imaging of Chemical Transition State Dynamics

Descrizione del progetto

Sondare la dinamica strutturale delle reazioni chimiche

Nelle reazioni chimiche, le molecole si avvicinano così tanto che i legami chimici tra gli atomi si rompono e se ne formano di nuovi. Le configurazioni durante la trasformazione chimica, non trattandosi né di reagenti né di prodotti, sono chiamate stati di transizione. Il progetto c-TSD-p, finanziato dall’UE, intende superare le barriere che ostacolano la rappresentazione sperimentale delle trasformazioni strutturali durante lo stato di transizione. Progetterà una configurazione che dovrebbe permettere di avviare la reazione chimica in un momento definito mediante un impulso laser a femtosecondi. La lunghezza d’onda modulabile dell’impulso laser dovrebbe permettere ai ricercatori di controllare la velocità con cui i due coreagenti si incontrano. La struttura 3D dello stato di transizione sarà rappresentata mediante l’imaging dell’esplosione di Coulomb.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

ERC-COG - Consolidator Grant

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2020-COG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

UNIVERSITAET KASSEL
Contributo netto dell'UE
€ 1 938 768,12
Indirizzo
MONCHEBERGSTRASSE 19
34125 Kassel
Germania
Regione
Hessen Kassel Kassel, Kreisfreie Stadt
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 938 768,12

Beneficiari (1)