Laserspektroskopische Untersuchungen zur Dynamik von ionischen Flüssigkeiten mit Hilfe molekularer Sonden

Abstract

Ionische Flüssigkeiten wurden mittels transienter Absorptionsspektroskopie untersucht. Die Relaxationsprozesse molekularer Sonden nach Photoanregung dienten als Indikator, um die mikroskopische Umgebung in ionischen Flüssigkeiten und deren Mischungen mit organischen Lösungsmitteln verstehen zu können. Die Einführung einer Carbonylfunktion in ein Carotinoid führt zu einer leistungsstarken Sonde für die Untersuchung der Polarität und Solvatationsdynamik ionischer Flüssigkeiten. Die molekularen Sonden 12'-Apo-β-carotin-12'-säure und 12'-Apo-β-carotin-12'-al wurden in den S(2)-Zustand angeregt. Durch schnelle innere Konversion mit etwa 100 fs wurde der S(1)/ICT-Zustand mit intramolekularem Charge-Transfer-Charakter besetzt. Dieser Zustand besitzt eine von der Polarität des Lösungsmittels abhängige Lebensdauer und zeigt eine spezifische spektrale Verschiebung der Absorptionsbanden mit der Zeit. Eine andere Herangehensweise zur Charakterisierung der mikroskopischen Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten ist das Mischen mit organischen Lösungsmitteln. Für die Messungen dieser binären Mischungen wurde die molekulare Sonde 12'-Apo-β-carotin-12'-säure verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass sich bei den Messungen in [C6mim]+ [Tf2N]- die Polarität der mikroskopische Umgebung dieser Sonde bis hin zu hohen Verdünnungen auf einer kurzen Zeitskala nach einer elektronischen Anregung kaum ändert und somit der Polarität in der reinen ionischen Flüssigkeit gleicht. Ein Anwendungsgebiet der ionischen Flüssigkeiten sind Farbstoffsolarzellen. Mit ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyten wurden bereits recht hohe Wirkungsgrade erreicht, doch ist über die Wechselwirkung zwischen den verwendeten Farbstoffen und dieser Art von Lösungsmitteln nichts Genaues bekannt. In dieser Arbeit wurde eine Klasse von indolinbasierten Farbstoffen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Farbstoff D205 die höchste der gemessen Lebensdauern des angeregten Zustands aufweist. Dies könnte zu einer besseren Quantenausbeute für die Injektion von Elektronen in den Halbleiter der Solarzellen führen.