Les chimistes créent des catalyseurs pour une utilisation dans l'industrie et d'autres applications. L'une des méthodes pour créer ces catalyseurs consiste à utiliser la lumière pour décomposer les composés organométalliques, des substances qui comprennent à la fois des métaux et du carbone. Ces types de composés sont appelés photocatalyseurs. Les scientifiques appellent le processus de décomposition des molécules avec la lumière, photodissociation. Les chercheurs étudient souvent la photodissociation du fer pentacarbonyle comme modèle pour comprendre d'autres catalyseurs. Cette étude a utilisé une méthode appelée spectroscopie infrarouge (IR) ultrarapide pour étudier comment la lumière ultraviolette photodissocie le fer pentacarbonyle en phase gazeuse.

Les chercheurs connaissent bien la photochimie du fer pentacarbonyle en solution. Cependant, les scientifiques ont besoin d'études expérimentales et théoriques combinées en phase gazeuse pour étudier le rôle de la structure électronique complexe de la molécule sur ses processus de photodissociation, qui peut aider les scientifiques à mieux comprendre comment les effets des solvants modifient la dynamique de réaction. Cette recherche fournit de nouvelles informations importantes sur les mécanismes, énergétique, et les échelles de temps de la photodissociation du fer pentacarbonyle en phase gazeuse. Ces connaissances scientifiques fondamentales peuvent aider les scientifiques à concevoir de nouveaux photocatalyseurs organométalliques pour l'industrie et d'autres applications.

Fer pentacarbonyle [Fe(CO) 5 ] interagit avec la lumière ultraviolette (UV) pour produire des espèces catalytiques réactives qui activent certaines liaisons chimiques. Dans cette étude, les chercheurs ont étudié les mécanismes de dégradation induite par les UV du fer pentacarbonyle en phase gazeuse à l'aide de la spectroscopie infrarouge ultrarapide combinée à des calculs de chimie quantique de haut niveau. Ils ont exposé le fer pentacarbonyle en phase gazeuse à la lumière UV dans une impulsion de 265 nanomètres ou 199 nanomètres, puis effectué une spectroscopie IR transitoire. Cette utilisation de la spectroscopie IR ultrarapide a permis de mesurer des changements chimiques rapides en temps réel.

L'irradiation du fer pentacarbonyle à 265 nm produit un intermédiaire à courte durée de vie, fer tétracarbonyle [Fe(CO) 4 ] dans un état excité singulet. Cette recherche a identifié cet intermédiaire, fournissant des preuves du mécanisme de dissociation séquentiel précédemment postulé. La perte d'un autre carbonyle (groupe CO) conduit à la formation de fer tricarbonyle [Fe(CO) 3 ] dans un état excité singulet sur une échelle de temps de 3,4 picosecondes. Puis, sur environ 10 picosecondes, la recherche a trouvé des preuves de la redistribution de l'énergie ou de l'évolution structurelle de Fe(CO) 3 . Des études d'irradiation à 199 nanomètres suggèrent la production de Fe(CO) excité par singulet 3 en moins de 0,3 picosecondes, suivi d'un croisement intersystème vers les états triplets fondamentaux de Fe(CO) 3 ou fer dicarbonyle [Fe(CO) 2 ] sur une échelle de temps de 15 picosecondes. Ces résultats indiquent des mécanismes d'élimination du carbonyle impliquant des espèces excitées électroniquement et vibrationnellement.