AKGNS, 14.5.2015 Aktuelle Themen für Bachelor‐Arbeiten im AK Clusterchemie (Niedner‐Schatteburg/Riehn) BA1: Eine neue Elektrospray‐Ionenquelle mit Hochfrequenz‐Ionentrichter („ion funnel“). Zur sanften Ionisation von Metallkomplexen und anderen empfindlichen Spezies wird eine neue Elektrospray‐Ionisationsquelle aufgebaut und die Funktion überprüft und charakterisiert. Dabei soll ein Hochfrequenz Ionentrichter und eine dahinter befindliche Hexapol‐Ionenfalle fertig verkabelt und beschaltet werden. Die erzeugten Ionen werden dann in einem Flugzeit‐Massenspektrometer analysiert. Ein Studierender kann hier im Rahmen seiner Bachelorarbeit hands on mitarbeiten und Aufbauarbeit leisten sowie erste Charakterisierungen des neuen Quellenaufbaus vornehmen. (Jonathan Meyer @ GERTI‐ Apparatur) BA2: Transfer ins Vakuum und Nachweis von Mikrotröpfchen mit der LILBID Technik. Laser Induced Liquid Bead Ion Desorption (LILBID) ist eine sehr schonende Methode zur Überführung von Molekülionen in die Gasphase. Grundprinzip ist die Erzeugung von Mikrotröpfchen aus einer Analytlösung. Anschließend werden die Tröpfchen ins Vakuum transferiert und mit Laserstrahlung beschossen. Dadurch werden Ionen aus dem Tröpfchen in die Gasphase freigesetzt. Für weitere Untersuchungen werden die freigesetzten Ionen in ein Massenspektrometer geleitet. Die LILBID Ionenquelle wird im AK GNS getestet und weiterentwickelt. Im ersten Schritt soll der Transfer ins Vakuum und der Nachweis der Mikrotröpfchen optimiert werden. Ein Studierender kann im Rahmen seiner Bachelorarbeit an diesen Optimierungen teilnehmen und Beiträge leisten. (Johannes Lang @LILBID Experiment) BA3: Aufbau und Charakterisierung einer Pickup‐Quelle auf Basis der Laserverdampfungs‐ methode. Metallcluster dienen als Modellsysteme für heterogene Katalysatoren. Um Reaktionen auf Metallclustern untersuchen zu können, müssen diese mit einem Reaktionsgas in Kontakt gebracht werden. Zu diesem Zweck soll eine Laserverdampfungsquelle (LVAP) um eine Pickup‐Einheit erweitert werden, wobei ein Studierender im Rahmen seiner Bachelorarbeit im Labor hands on mitarbeiten kann. Des Weiteren sollen die Eigenschaften dieser erweiterten Ionenquelle genauer untersucht werden. Zur Charakterisierung der Ionenquelle stehen zwei unterschiedliche UHV‐ Apparaturen mit jeweiligem Massenspektrometer zur Verfügung. Hierbei handelt es sich in einem Fall um ein FT‐ICR ‐Massenspektrometer und im anderen Fall um ein Time‐of‐Flight (ToF) ‐Massenspektrometer. (Thomas Kolling und Johannes Meyer @ FRITZ und GERTI Experimente) 2 2 (a) 1 (b) 3 4 5 LVAP mit Pickup‐Einheit (a) Außenansicht, (b) Schnitt; 1. Pickup‐Einheit, sogenannter „Venturi‐Einlass“, 2. Gaszuleitung der Pickup‐Einheit, 3. Expansionskanalelemente (Standard, 2 mm Innendurchmesser), 4. Pickup‐Einsatz, 5. Expansionskanalelemente (vergrößert, 10 mm Innendurchmesser) BA4: Kinetik der C‐H Aktivierung von kleinen Kohlenwasserstoffmolekülen durch größenselektierte Übergangsmetallcluster. Reaktionen von massenselektierten Übergangs‐ metallclustern mit unterschiedlichen reaktiven Gasen stellt ein geeignetes Modellsystem für Reaktivitätsstudien dar. Hierzu sollen im Rahmen einer Bachelorarbeit die Reaktionen von in einer Laserverdampfungsquelle (LVAP) erzeugter Metallcluster mit kleinen Kohlenwasserstoffen in einer UHV‐Apparatur mittels eines FT‐ICR‐Massenspektrometers untersucht werden. Die erhaltenen Daten sollen anhand eines Auswerteprogramms untersucht und hinsichtlich von Aussagen zu clustergrößenabhängigen C‐H Aktivierungen interpretiert werden. (Sebastian Dillinger, Jennifer Mohrbach und Thomas Kolling @ GAMBIT Experiment) BA5: Berechnung von Potentialhyperflächen entlang dissoziativer Reaktionskoordinaten. Studierende, die bereits erste eigene Erfahrungen mit ab initio Quantenchemie‐Rechnungen gesammelt haben, können im Rahmen einer Bachelorarbeit eine oder mehrere Potentialhyperflächen entlang dissoziativer Reaktionskoordinaten berechnen. Dabei geht es darum, Aktivierungsbarrieren und Mehrschrittprozesse mit intramolekularen Reorganisationen in kleinen metallorganischen 3MET‐Komplexen zu charakterisieren. (GNS & Marc Prosenc @ Computer) BA6: Anharmonische Effekte in der Schwingungsspektroskopie. Bei dieser Bachelorarbeit geht es darum, zu bereits gemessenen Infrarotspektren eigene Dichtefunktional‐ Rechnungen durch zu führen. Um beides vergleichen zu können, müssen anharmonische Korrekturen vorgenommen werden, was auf zwei verschiedene Arten durchgeführt werden kann. Anhand von mehreren Beispielen werden die beiden Korrekturmethoden verglichen. (Max Gaffga und Joachim Hewer @ Computer und Amazon‐IR‐MPD) BA7: Kryo‐Tagging von Übergangsmetallclustern und 3MET Komplexen. IR‐Spektroskopie an tiefkalten Übergangsmetallclustern und Metallkomplexen stellt eine innovative Technik zur Untersuchung und Charakterisierung dieser Spezies dar. Hierbei sollen zunächst in einer UHV‐Apparatur mit Hilfe einer auf ca. 12 K gekühlten Hexapol‐Ionenfalle kleine Moleküle oder Atome (z.B. N2, H2, Ar, Ne) an Übergangsmetallcluster und Metallkomplexe angelagert werden. Die so präparierten Ionen können anschließend in einem FT‐ICR‐ Massenspektrometer mit Hilfe von IR‐Laserstrahlung spektroskopisch untersucht werden. Im Vergleich mit Simulations‐ und Modellrechnungen ermöglicht dieses Aussagen über den intramolekularen Energietransfer, die mögliche Struktur und/oder mögliche Reaktivitäten der besagten Ionen zu treffen. Ein Studierender kann im Rahmen seiner Bachelorarbeit an diesen Messungen unter Anleitung teilnehmen und erste Einblicke in die komplizierten Messabläufe gewinnen. (Sebastian Dillinger und Jennifer Mohrbach @ FRITZ) BA8: Fortführung der Li‐Ionenbatterie‐Untersuchungen. Basierend auf den Ergebnissen einer vorliegenden Masterarbeit sollen Lade‐/Entlade‐Charakteristik und Cyclische Voltammetrie an einem dual carbon cell‐Aufbau (parallele Intercalation von Li+ und entsprechendem Gegenion) aufgenommen werden. Es sollen LiClO4 und LiPF6 mit einem neuen Zell‐Design untersucht werden, sieh u.a. in: Chemie in unserer Zeit, 48 102‐113 (2014). Ein Studierender kann hier weitgehend selbständig aktive Laborarbeit leisten, die als Grundlage für eine Bachelorarbeit dienen kann. (Christoph Riehn @ Praktikumlabor) BA9: ESI‐MS‐Untersuchungen zur Stabilität und Fragmentation von multimetallischen Komplexen. Intermetallische Wechselwirkungen sollen durch massenspektrometrische Experimente an gespeicherten Ionen untersucht werden. Ein Studierender soll Komplexe aus drei Ag‐Ionen und Phenylphosphino‐Liganden aus geeigneten Lösungen heraus präparieren und deren Fragmentationskanäle aufgeklären und mit anderen Ag3‐Komplexen vergleichen. Die Studien dienen zur Vorbereitung von laserspektroskopischen Messungen. Die erzielten Ergebnisse gehen in die Bachelorarbeit ein. (Christoph Riehn & Yevgeniy Nosenkov @ Esquire)