FWF - Magnetic field effect - Magnetfeldeffekte beeinflusst durch spezifische Solvation

Projekt: Foschungsprojekt

Projektdetails

Beschreibung

Eine Vielzahl von Publikationen widmet sich dem Einfluss magnetischer Felder auf die Ausbeute chemischer
Reaktionen. Viel dieser Phänomene lassen sich auf den Radikalpaar-Mechanismus, d.h. die kohärente
Umwandlung des Singlet- und des Tripletzustandes im transienten, diffusiv getrennten Radikalionenpaar,
zurückführen. Es wurde postuliert, dass die spezifische Solvatation in binären Lösungsmittelgemischen, die aus
Komponenten stark unterschiedlicher Polarität zusammengesetzt sind, außergewöhnlich große Magnetfeldeffekte
bedingte. In Analogie zu der Situation in Mizellen wurde vorgeschlagen, dass dies eine Folge der verlängerten
Lebensdauer des Radikalpaars und einer effizienteren Ladungstrennung ist. Leider konnten bis dato nur indirekte
Beweise für diese Hypothese angeführt werden. Im speziellen wurde der Einfluss der Mikroinhomogenität auf die
Diffusionstrajektorien niemals direkt nachgewiesen. Das hier vorgestellte Projekt befasst sich mit
Magnetfeldeffekten basierend auf dem Radikalpaarmechanismus anhand einfacher organische Modellsysteme (z.B.
Pyren/N,Ndimethylanilin, Anthracen/N,N-dimethylanilin, 9,10-dimethylanthracen/1,3-benzendicarbonitril), wobei
sowohl in homogenen (reine Lösungsmittel und homogene Mischungen) als auch heterogenen
Lösungsmittelumgebungen (binäre Lösungsmittelmischungen) untersucht werden. Charakteristisch für die
verwendeten Modellsubstanzen ist deren Exciplexfluoreszenz, welche als nachweisstarke Probe zur Detektion der
zugrunde liegenden Radikalpaardynamik herangezogen werden kann. Diese Tatsache erlaubt es das subtile
Zusammenspiel von Diffusion und Spindynamik systematisch zu untersuchen. Während bislang hauptsächlich
steady-state Fluoreszenzmessungen als Arbeitsgrundlage dienten, wurden zeitaufgelöste Verfahren, wie Single-
Photon Counting oder die frequenzaufgelöste Modulationstechnik, in der Gegenwart externer magnetischer Felder
bis jetzt niemals systematisch zum Einsatz gebracht. Wir planen den Aufbau eines zeitaufgelösten Magnedfeld-
Effekt- Spektrometers, welches uns die Beantwortung der Frage nach dem Ursprung der großen Magnetfeldeffekte
in micro-heterogenen Lösungsmittelsystemen im speziellen und in räumlich beschränkten Systemen im
allgemeinen erlauben wird. Unsere experimentellen Anstrengungen werden von Modelrechungen begleitet werden,
die die stochastische Liouville-von Neumann Gleichung als Ausgangspunkt haben. Eine Approximation für niedere
Viskositäten soll nicht zum Einsatz kommen. Unser theoretisches Modell ist hinreichend generell, so dass auch
biomimetische Umgebungen wie z.B. Mizellen berücksichtigt werden können. Durch die Modellrechnungen und
die experimentelle Untersuchungen sollen es ermöglichen die Parallelen und Diskrepanzen zwischen den räumlich
begrenzten und frei diffundierenden Systemen etablieren zu können. Das Ziel ist es objektive Kriterien zu
entwickeln, unter denen sich ein außergewöhnlich großer Magnetfeldeffekt für unabhängig diffundierende,
geladene Radikale ergibt.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/07/0930/06/14