Reaktionen mit Kohlenstoffdioxid in Gasphasenclustern

Martin K. Beyer, Universität Innsbruck

Die gezielte chemische Veränderung von Kohlenstoffdioxid wird zum Schlüsselelement einer nachhaltigen chemischen Industrie. Das Ziel dieses Antrags ist es, neue Wege zur Bildung starker, langlebiger kovalenter Bindungen unter Beteiligung des Kohlenstoffdioxidmoleküls zu finden. Die Aktivierung von Kohlenstoffdioxid wird meist durch einen Ladungstransfer oder durch die Wechselwirkung mit einer starken, anionischen Lewis-Base erreicht. Dies macht die Massenspektrometrie zur wichtigsten experimentellen Methode. Reaktionen von Ionen und neutralen Molekülen in der Gasphase werden mit der Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanzmassenspektrometrie untersucht. Wir werden die Bedingungen für die Knüpfung kovalenter Bindungen in wässriger Umgebung untersuchen, insbesondere Reaktionen des Kohlestoffdioxidradikalanions in Wasserclustern in der Gasphase. Alternativ werden hydratisierte organische Radikalanionen, die als Lewis-Basen in der Gasphase dienen, mit neutralem Kohlenstoffdioxid zur Reaktion gebracht. Bindungsenergien werden mit der Methode der Nanokalorimetrie bestimmt, wie sie in unserer Gruppe entwickelt wurde. Reaktant- und Produktionen werden mittels Laserspektroskopie im Wellenlängenbereich von 225 nm bis 4450 nm charakterisiert. Das Licht dazu wird von durchstimmbaren optisch-parametrischen Oszillatoren breitgestellt. Die experimentellen Arbeiten werden durch fortgeschrittene quantenchemische Methoden ergänzt. Mit dieser Kombination von ausgefeilten Methoden werden wir Durchbrüche beim Verständnis der Kohlenstoffdioxidchemie erzielen, die neue Technologien ermöglichen.

Making Bonds with Carbon Dioxide in Gas-Phase Clusters

Martin K. Beyer, Universität Innsbruck

The targeted chemical transformation of carbon dioxide is becoming a key element of a sustainable chemical industry. The goal of this proposal is to find new ways for the formation of strong, durable covalent bonds involving the carbon dioxide molecule. Since activation of carbon dioxide is usually associated with charge transfer or interaction with a strong, anionic Lewis base, mass spectrometry is the core experimental method. Gas-phase ion-molecule reactions will be studied with Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. We will investigate the conditions for covalent bond formation in aqueous environments, in particular reactions of the carbon dioxide radical anion in water clusters in the gas phase. Alternatively, hydrated organic radical anions which act as gas-phase Lewis bases will be reacted with neutral carbon dioxide. Binding energies will be determined with nanocalorimetry as developed in our group. Reactant and product ions will be characterized by laser spectroscopy ranging from 225 nm to 4450 nm, with light provided by tunable optical-parametric oscillators. Experimental studies will be complemented with advanced quantum chemical methods. With this combination of high-end tools, we will have breakthroughs in the understanding of carbon dioxide chemistry that enable new technologies.