Bepillantás fényhasznosító molekulák működésébe

szerda, 2015, március 4

Először sikerült egy fényhasznosító modellrendszerben az elektrontranszfer mechanizmusának finom részleteit feltérképezni abban a kísérletben, melyet az MTA Wigner FK Lendület Femtoszekundumos Spektroszkópiai Kutatócsoport egy nemzetközi együttműködés keretében a japán SACLA szabadelektron-röntgenlézernél végzett. A kutatásról szóló cikk 2015. március 2-án jelent meg a Nature Communications folyóiratban.

A Vankó György által vezetett kutatócsoport egyik legutóbbi munkájában egy olyan fényhasznosító (a fényenergiát később jól használható kémiai energiává alakító) modellvegyületet vizsgált, melyben két aktív centrum van (Ru és Co). Az új, femtoszekundumos röntgenszondával végzett kísérletükben a kobaltion elektronbefogását és spinváltását röntgenspektroszkópiával, a szerkezeti változásokat és a molekulát körbevevő oldószerburok változásait röntgenszórással figyelték meg. A kísérlettekkel először sikerült egy gyors és igen összetett molekuláris folyamatot ilyen alapossággal végigkövetni, feltérképezve annak minden jelentős elemi lépését. A mellékelt ábra összefoglalja a főbb lépéseket, megjelölve azok jellemző idejét, és az adott lépésről legfontosabb információt szolgáltató kísérleti technikát.

 

Az elektronátadás folyamata a vizsgált kétmagvú modellvegyületen. A sárga villámmal szimbolizált fénygerjesztés felszabadít egy elektront a ruténiumról, ami a köztes molekuláris hídon keresztül több lépésben (piros nyilak) jut el a kobalthoz, ezek még követhetők az optikai tartományban (TOAS: tranziens optikai abszorpciós spektroszkópia). A kobalt aktiválódásának és „lehűlésének” különböző fázisait sötétkék és világoskék nyilak jelzik. A kobalt mágneses állapota megváltozásával járó  elektron-átrendeződés jellemző ideje 1,9 ps, ezt röntgenemissziós spektroszkópiával (XES) tárták fel. A diffúz röntgenszórás (XDS) alapján a kobaltcentrum körüli molekularészlet kitágulása kb. 3 ps alatt játszódik le, ekkor a Co-N kötéshosszak 0,2 Ångströmmel (20 pm-rel) nőnek meg. Az aktivált rendszer végül 12 ps alatt kerül hőmérsékleti egyensúlyba a körülötte lévő oldószerrel.

A cikkben bemutatott úttörő kísérlet ráadásul kitűnő példáját adja annak, hogy hogyan lehet az új, röntgenspektroszkópiákra és -szórásra alapuló időfeloldásos vizsgálati módszereket felhasználni az energetika, információtechnológia és orvostudomány számára kiemelkedő jelentőségű, fénnyel gerjeszthető átmenetifém-alapú funkcionális molekulák működési mechanizmusának az elemi lépések szintjén való felderítésére.

 

hírkategória: