Studium fototchemie (UV-IR) molekul a klastrů metodami zobrazování rychlostních map fotofragmentů (VMI)

• Thesis title in Czech: Studium fototchemie (UV-IR) molekul a klastrů metodami zobrazování rychlostních map fotofragmentů (VMI)
• Thesis title in English: UV-IR Photochemistry in molecules and clusters investigated by velocity map imaging VMI
• Key words: molekulové paprsky|fotochemie|fotodisociace|excitace|vibrační spektroskopie|hmotnostní spektrometrie|klastry
• English key words: molecular beams|photocheminstry|photodissociation|excitation|vibrational spectroscopy|mass spectrometry|clusters
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: dissertation
• Department: Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i. (32-UFCHAV)
• Supervisor: doc. Mgr. Michal Fárník, Ph.D., DSc.

Guidelines

1. Studium úvodní literatury a seznámení s experimentem (AIM, lasery atd.)
2. Podrobné seznámení s aparaturou AIM pomocí studia IR-UV fotodisociace HBr molekul a klastrů
3. Úvodní experimenty s molekulou pyrolu, fotodisociace a VMI při 243 nm, srovnání s předešlými experimenty a vyladění expanze, rozlišení a dalších parametrů aparatury AIM
4. IR-UV fotodisociace molekuly pyrolu –série experimentů
5. Vyhodnocení a analýza výsledků zakončené prací na publikaci
6. Experiment s klastry pyrolu: hledání expanzních podmínek pro tvorbu různých klastrů a následné experimenty –pokud možno zakončené publikací
7. Předběžné experimenty k určení dalších vhodných molekul a klastrů pro IR-UV studie
8. Provedení dalších experimentů
9. Sepsání práce

References

1) Z: Demtröder, W., Laser spectroscopy - experimental techniques, Springer; 4th edition (September 17, 2008), ISBN-10: 3540749527
2) D: G. Scoles, Atomic and Molecular Beam Methods: Volume 1 and 2, Oxford University Press, USA (November 24, 1988), ISBN-10: 0195042808
3) D: H. Pauly, Atom Molecule and Cluster Beams I and II. Berlin, Heidelberg, New York, Barcelona, Hong Kong, London, Milan, Paris, Singapore, Tokyo: Springer, 2000
4) B. Whitaker: Ion Imaging, Oxford Press, 2003
5) A. T. J. B. Eppink, D. Parker: Velocity map imaging…, Rev. Sci. Instrum. 68 (1997) 3477
6) V. Papadakis, T. N. Kitsopoulos: Slice imaging…, Rev. Sci. Instrum. 77 (2006) 083101
7) Další specielní časopisecká literatura po dohodě s vedoucím práce.

Preliminary scope of work

Fotochemie molekul je důležitá v nejrůznějších oblastech od chemie a fyziky atmosféry po biochemii. Experimenty s izolovanými molekulami v molekulových paprscích poskytují detailní pohled do studovaných procesů na molekulové úrovni. Ale právě okolí často hraje v chemii určující roli. Nicméně molekulové paprsky, ve kterých můžeme připravovat izolované klastry molekul s molekulami solventu, nám poskytují nástroj i ke studiu solventem-indukované chemie na molekulové úrovni.
Zobrazovací metody (velocity map imaging, VMI) reprezentují moderní nátroj ke studiu fotodisociace. V naší aparatuře (Apparatus for Imaging, AIM) kombinujeme VMI s molekulovými paprsky a různými UV a IR lasery. V nabízené práci se soustředíme na několik fundamentálních aspektů fotochemie:
1) UV fotodisociace molekul s IR vibrační excitací: Účelem je odhalit tok energie mezi jednotlivými vibračními mody v molekule (intra-molecular vibrational redistribution-IVR, vibrationally mediated predissociation-VMP). Jak se liší dynamika dynamiky molekul excitovaných pouze UV fotonem od fotodisociace molekul vibračně vzbuzených v IR+UV experimentu?
2) Vliv prostředí: Jaký vliv mají na výše studované procesy molekuly solventu? Jak funguje přenos energie mezi excitovanou molekulou a okolním klastrem (inter-molecular vibrational redistribution)?
Výše uvedené procesy budeme studovat na různých systémech: V první řadě to bude pyrol, který představuje prototypický systém * fotochemie, který byl v minulosti velmi podrobně zkoumán (i v naší laboratoři), nicméně detaily dynamiky tohoto systému stále ještě unikají plnému porozumění. Zejména IR-UV fotodisociace vibračně vzbuzených molekul může přinést nový pohled do fotochemie této prototypické molekuly. V dalším se posuneme ke komplexnějším systémům –klastrům (např. ke klastrům pyrolu, přidáním dalších molekul jako je voda případně metanol atd.). Nakonec budeme studovat IR-UV fotodisociaci v dosud nestudovaných komplexnějších molekulách a klastrech (konkrétní systému budou zvoleny na základě předbězných experimentů)

Preliminary scope of work in English

Photochemistry of molecules is pivotal to a great variety of processes ranging from atmospheric chemistry to bio-chemistry and physics. Experiments with isolated molecules prepared in molecular beams in vacuum offer the advantage of a detailed molecular-level insight into these processes. However, environment surrounding the molecules often plays the determining role in such processes. Nevertheless, the molecular beams, , represent a vital tool for investigating the details of the solvent induced processes at the molecular level as well by enabling studies of free clusters in vacuum.
Velocity map imaging (VMI) represents the up-to-date method to study photodissociation. In our Apparatus for Imaging (AIM) it is combined with various UV and IR lasers for excitation of the molecules and clusters. Several fundamental aspects of photodissociation will be followed:
1) UV photodissociation of various molecules with and without IR vibrational excitation: Here we want to understand the energy flow between various modes within a molecule (e.g. intra-molecular vibrational redistribution-IVR, vibrationally mediated predissociation-VMP). How the dynamics of an UV-excited molecule is different from the molecule excited by IR+UV photons which deliver the same energy into the molecule?
2) Solvent effects: How are the above processes influenced by solvent molecules? How the excitation energy does dissipate from the excited molecule to the cluster (inter-molecular vibrational redistribution)?
The above investigations will be performed with several systems: First, pyrrole, for one, represents the prototypical molecule for * photochemistry. Therefore it has been studied extensively, and yet the details of its photochemistry are not well understood. Especially, IR-UV photodissociation study might deliver new insight into its photochemistry. Therefore pyrrole is our candidate number one for this thesis. To add further complexity to the system, we will attempt to complex pyrrole with other molecules (e.g. pyrrole, water, methanol etc.) in small clusters. Finally, further less known and more complex systems will be investigated (actual systems will be selected based on exploratory experiments within the thesis).