Skildring av den föreslagna mekanismen för nedbrytning av järnpentakarbonyl när den exponeras för ultraviolett ljus vid 199 nanometer våglängd. Upphovsman:Research Publishing International Ltd.
Kemister skapar katalysatorer för användning inom industri och andra applikationer. En av metoderna för att skapa dessa katalysatorer är genom att använda ljus för att bryta ner organometalliska föreningar - ämnen som inkluderar både metaller och kol. Dessa typer av föreningar kallas fotokatalysatorer. Forskare kallar processen att bryta ner molekyler med ljus, fotodissociation. Forskare studerar ofta fotodissociationen av järnpentakarbonyl som en modell för att förstå andra katalysatorer. Denna studie använde en metod som kallas ultrasnabb infraröd (IR) spektroskopi för att studera hur ultraviolett ljus fotodissocierar gasfasjärnpentakarbonyl.
Forskare vet mycket om fotokemi av järnpentakarbonyl i lösningsfasen. Dock, forskare behöver kombinerade experimentella och teoretiska gasfasstudier för att undersöka rollen för molekylens komplexa elektroniska struktur på dess fotodissociationsprocesser, som kan hjälpa forskare att bättre förstå hur effekterna av lösningsmedel förändrar reaktionsdynamiken. Denna forskning ger viktiga nya insikter om mekanismerna, energi, och tidsskalor för fotodissociationen av gasfas -järnpentakarbonyl. Dessa grundläggande vetenskapliga insikter kan hjälpa forskare att designa nya organometalliska fotokatalysatorer för industri och andra applikationer.
Järnpentakarbonyl [Fe(CO) 5 ] interagerar med ultraviolett (UV) ljus för att producera reaktiva katalytiska ämnen som aktiverar vissa kemiska bindningar. I den här studien, forskare undersökte mekanismerna för UV-inducerad nedbrytning av järnpentakarbonyl i gasfasen med hjälp av ultrasnabb IR-spektroskopi i kombination med kvantkemiska beräkningar på hög nivå. De exponerade gasfasjärnpentakarbonyl för UV -ljus i en 265 nanometer eller 199 nanometer puls, och utförde sedan transient IR-spektroskopi. Denna användning av ultrasnabb IR-spektroskopi gjorde det möjligt att mäta snabba kemiska förändringar i realtid.
Bestrålning av järnpentakarbonyl vid 265 nm ger en kortlivad mellanprodukt, järntetrakarbonyl [Fe (CO) 4 ] i ett singlett upphetsat tillstånd. Denna forskning identifierade denna mellanliggande, tillhandahålla bevis för den tidigare postulerade sekventiella dissociationsmekanismen. Förlusten av en annan karbonyl (CO-grupp) leder till bildning av järntrikarbonyl [Fe(CO) 3 ] i ett singlettexciterat tillstånd på en tidsskala av 3,4 pikosekunder. Sedan, över cirka 10 pikosekunder, forskningen fann bevis för omfördelning av energi eller strukturell utveckling av Fe(CO) 3 . Studier av 199 nanometer bestrålning tyder på produktion av singlet-upphetsad Fe (CO) 3 på mindre än 0,3 pikosekunder, följt av intersystemkorsning till marktripletttillstånden Fe(CO) 3 eller järndikarbonyl [Fe (CO) 2 ] på en 15 pisekunders tidsskala. Dessa resultat indikerar karbonylelimineringsmekanismer som involverar elektroniskt och vibrationellt exciterade arter.
