Funktionsweise des Ferrioxalat-Aktinometers

Die Photochemie nutzt Licht als Aktivierungsenergie, um etwa Schmierstoffe, umweltverträgliche Kunststoffe oder besonders widerstandsfähige Lacke herzustellen. Besonders umweltschonend und nachhaltig ist sie, wenn für die Aktivierung Sonnenlicht verwendet werden kann. Das hängt aber ganz wesentlich von der Effizienz der gewünschten photochemischen Reaktion ab, die durch die experimentelle Bestimmung der sogenannten Quantenausbeute spezifiziert wird. Seit mehr als einem halben Jahrhundert wird international für solche Zwecke das Ferrioxalat-Aktinometer verwendet. „Bemerkenswert ist dabei allerdings, dass über den molekularen Mechanismus des Ferrioxalat-Aktinometers bis heute nur sehr wenig bekannt ist“, sagt Prof. Dr. Peter Vöhringer vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn. Seit Jahrzehnten wird ein wissenschaftlicher Standard verwendet, von dem man wisse, dass er funktioniert – aber nicht wie.

Laser-Bestrahlung der Ferrioxalat-Moleküle

Frank Hendrik Pilz hat nun in seiner Bachelor-Arbeit die kurzen Lichtblitze eines Lasers verwendet, um die Ferrioxalat-Moleküle zu bestrahlen. Die Abspaltung der Oxalat-Liganden aus den Ferrioxalat-Molekülen wies er dann mit dem Licht eines an den Laser gekoppelten Infrarot-Spektrometers nach. Dabei nutzte er aus, dass man mit dem Infrarot-Licht die Oxalat-Liganden besonders gut beobachten kann und dass sich ihre Schwingungen auf eine ganz bestimmte Weise verändern, wenn diese das Ferrioxalat verlassen. Der Bachelor-Absolvent konnte in seiner Arbeit nun eindeutig zeigen, dass es tatsächlich sogar zwei Ferrioxalat-Moleküle benötigt, um einen Oxalat-Liganden abzuspalten und dass diese Reaktion innerhalb einer tausendstel Sekunde abläuft.

Die Studie wurde veröffentlicht in: Pilz, Frank Hendrik et al., Physical Chemistry Chemical Physics, 2019, Iss. 43.