Elektronen zwischen Molekülen gefangen

Erfolgreiche Kooperation der Erlanger Chemie mit der University of Wollongong, Australien

Ein C₆₀ Fulleren zeichnet sich durch eine fußballähnliche Käfigstruktur aus, innerhalb derer Gasatome bzw. kleine Moleküle gefangen werden können. Elektronen hingegen werden durch Verstärkung der C-C Bindungen also an der Oberfläche des C₆₀ Moleküls aufgenommen. Wissenschaftler aus Erlangen und der Universität Wollongong haben nun herausgefunden, dass die Aufnahme von Elektronen deutlich begünstigt wird, wenn Kontakt zu einem weiteren Fulleren besteht. Das resultierende Molekülion entspricht einem (C₆₀)₂¯ van-der-Waals Dimer, also einer stabilen molekularen Anordnung, die durch ein Elektron zwischen den beiden C₆₀ zusammengehalten wird. Die Abbildung zeigt das elektrostatische Potential auf der Oberfläche des Dimers. Der negative (blaue) Bereich zeigt eindeutig das Elektron zwischen den beiden Fullerenen.

Diese Erkenntnisse wurden durch das Zusammenspiel von Quantentheorie und Experiment ermöglicht, wobei vier Gruppen des Departments für Chemie und Pharmazie der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Prof. Clark, Prof. Guldi, Prof. Halik und Prof. Zahn) und zwei  Gruppen der Erlanger Partneruniversität Wollongong in Australien (Prof. Keller, Prof. Pyne) zusammenwirkten. Die Zusammenarbeit stammt von einem gemeinsamen Workshop beider Partner-Universitäten in Wollongong im Oktober 2013. Ohne diese Zusammenarbeit wäre die experimentelle Bestätigung der Rechenergebnisse nicht möglich gewesen. Die FAU und die Universität Wollongong betreiben seit einem Jahrzehnt ein aktives Studentenaustausch-Programm und die ersten Doppel-Ph.D.-Studierenden forschen an den zwei Standorten. Ein gemeinsamer internationaler Masterstudiengang ist für 2015 geplant.

Literatur: Fullerene van der Waals Oligomers as Electron Traps, T. E. Shubina, D. I. Sharapa, C. Schubert, D. Zahn, M. Halik, P. A. Keller, S. G. Pyne, S. Jennepalli, D. M. Guldi and T. Clark, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, asap (DOI: 10.1021/ja505949m).

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Prof. Tim Clark
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