TY - THES A1 - Schröder, Henning T1 - Ultrafast electron dynamics in Fe(CO)5 and Cr(CO)6 T1 - Ultraschnelle Elektronendynamik in Fe(CO)5 und Cr(CO)6 N2 - In this thesis, the two prototype catalysts Fe(CO)₅ and Cr(CO)₆ are investigated with time-resolved photoelectron spectroscopy at a high harmonic setup. In both of these metal carbonyls, a UV photon can induce the dissociation of one or more ligands of the complex. The mechanism of the dissociation has been debated over the last decades. The electronic dynamics of the first dissociation occur on the femtosecond timescale. For the experiment, an existing high harmonic setup was moved to a new location, was extended, and characterized. The modified setup can induce dynamics in gas phase samples with photon energies of 1.55eV, 3.10eV, and 4.65eV. The valence electronic structure of the samples can be probed with photon energies between 20eV and 40eV. The temporal resolution is 111fs to 262fs, depending on the combination of the two photon energies. The electronically excited intermediates of the two complexes, as well as of the reaction product Fe(CO)₄, could be observed with photoelectron spectroscopy in the gas phase for the first time. However, photoelectron spectroscopy gives access only to the final ionic states. Corresponding calculations to simulate these spectra are still in development. The peak energies and their evolution in time with respect to the initiation pump pulse have been determined, these peaks have been assigned based on literature data. The spectra of the two complexes show clear differences. The dynamics have been interpreted with the assumption that the motion of peaks in the spectra relates to the movement of the wave packet in the multidimensional energy landscape. The results largely confirm existing models for the reaction pathways. In both metal carbonyls, this pathway involves a direct excitation of the wave packet to a metal-to-ligand charge transfer state and the subsequent crossing to a dissociative ligand field state. The coupling of the electronic dynamics to the nuclear dynamics could explain the slower dissociation in Fe(CO)₅ as compared to Cr(CO)₆. N2 - Diese Dissertation handelt von der Untersuchung der zwei Modell-Katalysatoren Fe(CO)₅ und Cr(CO)₆ mittels zeitaufgelöster Photoelektronen Spektroskopie an einem High Harmonic Setup. In beiden Metallcarbonyl kann die Dissoziation von einem, oder mehreren Liganden durch ein UV Photon ausgelöst werden. Der Dissoziation-Mechanismus wurde in den letzten Jahrzehnten diskutiert. Die Abspaltung des ersten Liganden und die damit verbundenen elektronischen Dynamiken finden auf Zeitskalen von Femtosekunden statt. Für die Durchführung dieses Experiments wurde ein bestehender High Harmonic Setup in ein neues Labor verlegt. Der Aufbau wurde erweitert und charakterisiert. Mit dem modifizierten Aufbau können nun Reaktionen in Gas-Phasen-Proben mit Photonenenergien von 1.55eV, 3.10eV und 4.65eV ausgelöst werden. Dabei kann die Valenz-Elektronen-Struktur mit Photonenenergien zwischen 20eV und 40eV untersucht werden. Die Zeitauflösung liegt im Bereich von 111fs bis 262fs und hängt von der Kombination der zwei Photonenenergien ab. Die beiden Komplexe sowie Fe(CO)₄ konnten in der Gas-Phase zum ersten Mal in elektronisch angeregten Zuständen mittels zeitaufgelöster Photoelektronenspektroskopie beobachtet werden. Im Allgemeinen kann jedoch mit der Photoelektronenspektroskopie nur der ionische Endzustand untersucht werden. Modellrechnungen zu den Spektren und die Entwicklung der dazugehörigen Theorie befinden derzeit noch in der Entwicklungsphase. Die Peaks in den Spektren konnten anhand von Literatur zugeordnet werden. Die Spektren der beiden Komplexe unterscheiden sich deutlich. Zu deren Interpretation wurde die Näherung verwendet, dass die Dynamik der Peaks in den Spektren die Bewegung des Wellenpakets in der multidimensionalen Energielandschaft darstellt. Die neuen Daten bestätigen weitestgehend bestehende Modelle für die Reaktionsmechanismen. Der Reaktionsmechanismus verläuft für beide Metallcarbonyle über eine direkte Anregung des Wellenpakets in einen metal-to-ligand charge transfer Zustand. Von dem angeregten Zustand aus kann das Wellenpaket in den dissoziativen ligand field Zustand wechseln. Dass die Reaktion in Fe(CO)₅ langsamer als in Cr(CO)₆ abläuft, kann durch die Kopplung der Dynamiken von Elektronen und Kernen erklärt werden. KW - dissertation KW - Dissertation KW - photo electron spectroscopy KW - physical chemistry KW - molecular dynamics KW - high harmonic generation KW - iron pentacarbonyl KW - chromium hexacarbonyl KW - metal carbonyls KW - ultrafast KW - dynamics KW - Photoelektronen KW - Spektroskopie KW - Moleküldynamik KW - high harmonic KW - Eisenpentacarbonyl KW - Chromhexacarbonyl KW - Photodissoziation KW - photodissociation KW - ligand KW - bond Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94589 ER - TY - JOUR A1 - Kunnus, Kristjan A1 - Zhang, Wenkai A1 - Delcey, Mickael G. A1 - Pinjari, Rahul V. A1 - Miedema, Piter S. A1 - Schreck, Simon A1 - Quevedo, Wilson A1 - Schröder, Henning A1 - Föhlisch, Alexander A1 - Gaffney, Kelly J. A1 - Lundberg, Marcus A1 - Odelius, Michael A1 - Wernet, Philippe T1 - Viewing the Valence Electronic Structure of Ferric and Ferrous Hexacyanide in Solution from the Fe and Cyanide Perspectives JF - The journal of physical chemistry : B, Condensed matter, materials, surfaces, interfaces & biophysical chemistry N2 - The valence-excited states of ferric and ferrous hexacyanide ions in aqueous solution were mapped by resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) at the Fe L-2,L-3 and N K edges. Probing of both the central Fe and the ligand N atoms enabled identification of the metal-and ligand-centered excited states, as well as ligand-to-metal and metal-to-ligand charge-transfer excited states. Ab initio calculations utilizing the RASPT2 method were used to simulate the Fe L-2,L-3-edge RIXS spectra and enabled quantification of the covalencies of both occupied and empty orbitals of pi and sigma symmetry. We found that pi back-donation in the ferric complex is smaller than that in the ferrous complex. This is evidenced by the relative amounts of Fe 3d character in the nominally 2 pi CN- molecular orbital of 7% and 9% in ferric and ferrous hexacyanide, respectively. Utilizing the direct sensitivity of Fe L-3-edge RIXS to the Fe 3d character in the occupied molecular orbitals, we also found that the donation interactions are dominated by sigma bonding. The latter was found to be stronger in the ferric complex, with an Fe 3d contribution to the nominally 5 sigma CN- molecular orbitals of 29% compared to 20% in the ferrous complex. These results are consistent with the notion that a higher charge at the central metal atom increases donation and decreases back-donation. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.6b04751 SN - 1520-6106 VL - 120 SP - 7182 EP - 7194 PB - American Chemical Society CY - Washington ER -