Reaktionen mit kontrollierten Kollisionen einzelner Moleküle

Kollisionen einzelner Atome und Moleküle sind von grundlegender Bedeutung für jede chemische Reaktion da sie für die Bildung chemischer Bindungen erforderlich sind. Daher ist das Verständnis dessen, was die Dynamik dieser Kollisionen beeinflusst und somit den Reaktionsausgang bestimmt, das eigentliche Herzstück der Chemie. Molekulare Bewegungen während dieser Prozesse sind essentiell für das Ergebnis der Kollision und so der chemischen Reaktion. Wichtige Parameter sind dabei die Kollisionsenergie und -geometrie sowie der Abstand zwischen den Massenschwerpunkten der kollidierenden Reaktionspartner, der sogenannte Stoßparameter. Während der Einfluss der Kollisionsenergie auf die Kollisionsdynamik bereits experimentell in der Gasphase untersucht wurde, wird die Rolle des Stoßparameters noch keineswegs verstanden. Dies liegt daran, dass die ankommende Spezies den Massenschwerpunkt des Ziels im Allgemeinen zufällig verfehlt. Daher gilt die Kontrolle des Stoßparameters als verbotene Frucht der Reaktionsdynamik. Um diese verbotene Frucht zu pflücken, bräuchte es daher eine hochpräzise Methode, um die Wege einzuschränken, auf denen sich die kollidierenden Reaktanden bewegen könnten. Werden diese Reaktionen auf einer Oberfläche anstatt in der Gasphase durchgeführt, können die Kollisionen zwischen den Reaktanden auf die Oberflächenebene und so auf zwei Dimensionen beschränkt werden. Darüber hinaus kann die Oberfläche selbst die möglichen Stoßparameter einschränken, wie kürzlich für Difluorcarben (CF2) Moleküle auf Cu(110) Oberflächen gezeigt wurde. Wichtig ist, dass die dichtgepackten Cu Reihen dieser Oberfläche dazu dienen, die Bewegung der CF2 Moleküle zu kollimieren und sie auf die Bewegung entlang einer einzigen Dimension zu beschränken. Leider erlaubten die möglichen Adsorptionskonfigurationen der chemisorbierten Moleküle in diesen Studien nur eine einzige Kollisionsgeometrie für jeden Stoßparameter, sodass nicht untersucht werden konnte, wie sich die Reaktivität bei einer unterschiedlichen Kollisionsgeometrie bei einem fixierten Stoßparameter ändert. Dieses Projekt soll diese Einschränkung überwinden, indem die Kollisionsgeometrie auf neuartige Weise besser kontrolliert wird. Dabei werden Position und Ausrichtung der molekularen Spezies auf Metalloberflächen unter Ultrahochvakuumbedingungen und bei kryogenen Temperaturen präzise gesteuert. Mit einem Rastertunnelmikroskop (STM), das auf einer Oberfläche Prozesse mit atomarer Präzision visualisieren und molekulare Translation, Rotation, Desorption oder Dissoziation eines einzelnen Moleküls induzieren kann, werden diese Reaktionen induziert und charakterisiert. Dieser Ansatz ermöglicht eine Kollision in einer exakt definierten Geometrie der Reaktionspartner und ist daher von großem Interesse auf dem Gebiet der molekularen Reaktionsdynamik. Daher wird dieses Projekt vollkommen neuartiges Verständnis dafür liefern, wie die Kollisionsgeometrie zum Ausgang chemischer Reaktionen beiträgt.