近乎实时地观察光分解模型光催化剂

化学家创造用于工业和其他应用的催化剂。制造这些催化剂的方法之一是使用光来分解有机金属化合物——包括金属和碳的物质。这些类型的化合物称为光催化剂。科学家将用光分解分子的过程称为光解离。研究人员经常研究五羰基铁的光解作为理解其他催化剂的模型。这项研究使用一种称为超快红外 (IR) 光谱的方法来研究紫外光如何光解气相五羰基铁。

研究人员对溶液相中五羰基铁的光化学了解很多。然而，科学家需要结合实验和理论气相研究来研究分子复杂电子结构对其光解离过程的作用，这可以帮助科学家更好地了解溶剂的影响如何改变反应动力学。这项研究为气相五羰基铁光解的机制、能量学和时间尺度提供了重要的新见解。这些基础科学见解可以帮助科学家设计用于工业和其他应用的新型有机金属光催化剂。

五羰基铁 [Fe(CO) 5 ] 与紫外 (UV)光相互作用，产生可激活某些化学键的活性催化物质。在这项研究中，研究人员使用超快红外光谱结合高级量子化学计算研究了紫外诱导气相中五羰基铁分解的机制。他们将气相五羰基铁暴露于 265 纳米或 199 纳米脉冲的紫外光下，然后进行瞬态红外光谱分析。这种超快红外光谱的使用能够实时测量快速的化学变化。

在 265 nm 处照射五羰基铁会产生一种短寿命的中间体，四羰基铁 [Fe(CO) 4 ] 处于单线激发态。这项研究确定了这种中间体，为之前假设的顺序解离机制提供了证据。另一个羰基(CO 基团)的丢失导致在 3.4 皮秒时间尺度上形成单线激发态的三羰基铁 [Fe(CO) 3 ]。然后，在大约 10 皮秒后，研究发现了 Fe(CO) 3能量重新分布或结构演化的证据。对 199 纳米辐射的研究表明，在不到 0.3 皮秒内产生单线态激发的 Fe(CO) 3，然后系统间穿过 Fe(CO) 的三线态3或二羰基铁 [Fe(CO) 2 ] 在 15 皮秒时间尺度上。这些结果表明羰基消除机制涉及电子和振动激发的物种。

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