SFB 1636: Elementarprozesse Lichtgetriebener Reaktionen an Nanoskaligen Metallen

Die lichtgesteuerte Chemie an Metallen im Nanoma?stab ist ein neues, interdisziplin?res 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 Nanoma?stab zu steuern, sondern auch die Reaktionswege so pr?zise zu kontrollieren und zu ?ndern, dass sie durch Sonnenlicht aktiviert werden k?nnen, um nachhaltige Technologien zu erm?glichen. Chemische Reaktionen, die durch die Einkopplung von Licht in kollektive Ladungsschwingungen im Metall verst?rkt 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 Verst?ndnis der prim?ren Prozesse entwickeln, die zu lichtgetriebenen chemischen Reaktionen an Metallen im Nanoma?stab 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 Forschungsaktivit?ten 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 Reaktivit?t nutzbar machen: Energetische Elektronen und L?cher, 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. Ph?nomene wie hybride Licht-Materie-Zust?nde, die durch starke Kopplung entstehen, und W?rmetransport im Nanoma?stab einschlie?lich Quanteneffekten sind aktuelle Herausforderungen für Experimente und Modellierung. Unsere hochspezifischen, ultraschnellen Pump-Probe-Techniken zielen darauf ab, die prim?ren Prozesse in ihrer zeitlichen Abfolge zu erfassen und spektroskopisch aufzukl?ren. Mit hochaufgel?ster Mikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie werden die Reaktionszwischenprodukte und -produkte untersucht. Gemeinsam werden wir neue plasmonengestützte Syntheseschemata für eine lichtinduzierte selektive und effiziente Chemie entwickeln. Durch komplement?re Expertise in Chemie und Physik kombiniert mit einer zeitgem??en interdisziplin?ren Ausbildung werden wir eine moderne Sichtweise der lichtgesteuerten Chemie entwickeln, die auf modernen Methoden der Steuerung von chemischen und physikalischen Prozessen im Nanobereich beruht.