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Infrafrot-Absorptionsspektroskopie (IRAS) an isolierten Fulleren-Ionen

Infrafrot-Absorptionsspektroskopie (IRAS) an isolierten Fulleren-Ionen
Stellenausschreibung:

Masterarbeit Infrafrot-Absorptionsspektroskopie

Links:
Stellenart:

Masterarbeit

Fakultät/Abteilung:

Abteilung Physikalische Chemie mikroskopischer Systeme

Institut:

Institut für Physikalische Chemie

Eintrittstermin:

ab sofort

Kontaktperson:

Dr. Dmitry Strelnikov, dmitry.strelnikov@kit.edu

Bastian Kern, bastian.kern@kit.edu

Obwohl die Stoffklasse der Fullerene in den letzten 20 Jahren intensiv untersucht wurde, sind die IR-Absorptionen von Fulleren-Ionen noch weitestgehend unbekannt. In Edelgasmatrices sollen diese mittels FTIR untersucht werden.

 

-Abscheidung von Molekülionen in Tieftemperatur-Matrizen

-Simulation der IR-Spektren mit DFT (Turbomole)

-Anpassen des experimentellen Aufbaus und der Datenanalyse an das jeweilige System

-Arbeiten mit UHV (Ultrahochvakuum) - Apparaturen

 

 

Innenansicht der UHV-Kammer (Bildmitte: Substrat mit Argonmatrix)

 

 

Seit ihrer Entdeckung 1985 [1] waren die Fullerene, eine Klasse von geschlossenen Kohlenstoffmolekülen, Gegenstand von intensiven Untersuchungen. Eines der interessantesten Ergebnisse der letzen Jahre war die Entdeckung von C_60- und C_70- Fullerenen in planetaren Nebeln durch Infrarotspektroskopie [2]. IR-Spektren von isolierten Fullerenfragmenten (C58, C56, C68, C66,…) und vor allem Spektren der Ionen sind bisher nur wenig untersucht [3], sind aber im Hinblick auf die Bildung von Fullerenen im Weltall von großer Bedeutung.

 

In dem verwendeten experimentellen Aufbau werden die Fullerenionen durch elektronenstoß-induzierte Ionisation und Fragmentation erzeugt und massenselektiert in eine Edelgasmatrix abgeschieden. Durch die Verwendung einer Edelgasmatrix ist es möglich, die Ionen bei einer Temperatur von 4K im Grundzustand zu untersuchen, während sie voneinander isoliert sind. Von diesen im festen Edelgas eingefrorenen Ionen wird im Anschluss das IR-Absorptionsspektrum gemessen. Durch Zugabe von leicht ionisierbaren Gasen (CCl4, CO2) zu den Edelgasen können die gefundenen Absorptionslinien den neutralen Molekülen, den Kationen oder den Anionen zugeordnet werden. Durch Vergleich der experimentellen Daten mit DFT-Simulationen (Turbomole) können die Ergebnisse unterstützt werden.

 

Bisher wurde bei diesem Experiment das Fulleren C60 untersucht. Mit den Spektren wurde zum ersten Mal C60-Kationen im Weltraum nachgewiesen [4],[5].

 

In dieser Arbeit sollen die IR-Spektren von weiteren Fullerenen (C70, C68 sowie C58) experimentell aufgenommen und mit DFT-Simulationen unterstützt werden. Im Anschluss sollen die experimentellen Daten mit astronomischen Messungen (Spitzer Heritage Archive) verglichen werden. Hierzu muss die bestehende Vakuum-Apparatur, insbesondere die Ionenquelle, an die neuen zu untersuchenden Systeme angepasst werden. Zudem soll die Datenaufnahme durch zusätzliche Filter und A/D-Wandler in Kooperation mit der Elektronikwerkstatt verbessert werden.

 

[1] H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O’Brien, R. F. Curl, R. E. Smalley, Nature 318, 1985, S. 162–163

[2] J. Cami, J. Bernard-Salas, E. Peeters, S. E. Malek, Science 329, 2010, S. 1180-1182

[3]J. Fulara, M. Jakobi, J. P. Maier, Chem. Phys. Lett. 211, 1993, S. 227-234

[4]D. Strelnikov, A. Böttcher, B. Kern, M. M. Kappes, 22nd Int. Conf. on High Res. Mol. Spec. 2012

[5] O. Berné, G. Mulas, C. Joblin, A&A 550, 2013

 

 

Teleskop „Spitzer“ vor IR-Aufnahme der Milchstraße (Simulation) (NASA/JPL-Caltech)