Time-resolved photoelectron spectroscopy of mass-selected metal-water clusters

Abstract

Die Forschung an massenseparierten Metallclustern hat bereits viele interessante und neuartige Eigenschaften dieser Nanopartikel offenbart, die durch ihre speziellen geometrischen und elektronischen Strukturen erklärt werden können. Der praktische Einsatz dieser neuen Sparte der Nanotechnologie gestaltet sich jedoch schwierig, da diese Cluster bis jetzt nicht im präparativen Maßstab hergestellt werden können. Speziell im Bereich der Photovoltaik und der photochemischen Wasserspaltung könnten Nanostrukturen und Cluster einen wichtigen Beitrag zur Grundlagenforschung liefern. Dafür ist die Kenntnis der Dynamik nach Anregung durch Photonen in diesen Nanopartikeln von entscheidender Bedeutung.Die hier vorgestellte Arbeit behandelt die Untersuchung der Dynamik von kleinen Metallclustern in der Gasphase an welchen Wassermoleküle adsorbiert sind. Damit sollen die grundsätzlichen Abläufe nach der Anregung durch ein Photon untersucht werden und der initiale Schritt der Wasserspaltung analysiert werden. Dies könnte hilfreich sein um neuartige Photokatalysatoren für die Wasserspaltung zu finden.Hergestellt werden die Cluster mit einer PACIS (engl. Pulsed Arc Cluster Ion Source). Mithilfe eines Massenspektrometers werden die Cluster nach der Masse getrennt. Die Grundzustände der erzeugten Cluster werden mit Photoelektronen Spektroskopie (PES) untersucht, was die Grundlage für die weiteren Untersuchungen darstellt. Die zeitaufgelöste PES ermöglicht einen Zugang zur Dynamik massenselektierter Cluster in der Gasphase durch eine Pump-Probe Methode.Verschiedene Metallwassercluster wurden untersucht. An Silberhydroxid mit adsorbierten Wassermolekülen wurden langlebige angeregte Zustände gefunden, was eine Grundvoraussetzung für die photochemische Wasserspaltung ist. Anhand des Systems Au-(H2O)sub>m wurde ein Vergleich mit dem Model für die Wasserspaltung an Halbleiterpartikeln gemacht; was gezeigt hat, dass thermodynamische und kinetische Voraussetzungen für die Wasserspaltung Näherungsweise erfüllt sind. Am System Au3-(H2O)sub>m deuten zeitaufgelöste PES Messungen darauf hin, dass die Wasserspaltung realisiert wurde. Zur Untermauerung dieser Ergebnisse werden zur Zeit noch zeitabhängige Dichtefunktionalberechnungen durchgeführt.