Representación del mecanismo propuesto para la descomposición del pentacarbonilo de hierro cuando se expone a luz ultravioleta a una longitud de onda de 199 nanómetros. Crédito:Research Publishing International Ltd.
Los químicos crean catalizadores para su uso en la industria y otras aplicaciones. Uno de los métodos para crear estos catalizadores es mediante el uso de luz para descomponer los compuestos organometálicos, sustancias que incluyen tanto metales como carbono. Estos tipos de compuestos se denominan fotocatalizadores. Los científicos llaman al proceso de descomposición de moléculas con luz, fotodisociación. Los investigadores a menudo estudian la fotodisociación del pentacarbonilo de hierro como modelo para comprender otros catalizadores. Este estudio utilizó un método llamado espectroscopia de infrarrojos ultrarrápidos (IR) para estudiar cómo la luz ultravioleta fotodisocia el pentacarbonilo de hierro en fase gaseosa.
Los investigadores saben mucho sobre la fotoquímica del pentacarbonilo de hierro en la fase de solución. Sin embargo, Los científicos necesitan estudios combinados experimentales y teóricos en fase gaseosa para investigar el papel de la compleja estructura electrónica de la molécula en sus procesos de fotodisociación. lo que puede ayudar a los científicos a comprender mejor cómo los efectos de los disolventes cambian la dinámica de reacción. Esta investigación proporciona nuevos conocimientos importantes sobre los mecanismos, energéticos, y escalas de tiempo de la fotodisociación del pentacarbonilo de hierro en fase gaseosa. Estos conocimientos científicos fundamentales pueden ayudar a los científicos a diseñar nuevos fotocatalizadores organometálicos para la industria y otras aplicaciones.
Hierro pentacarbonilo [Fe (CO) 5 ] interactúa con la luz ultravioleta (UV) para producir especies catalíticas reactivas que activan ciertos enlaces químicos. En este estudio, Los investigadores investigaron los mecanismos de la degradación del pentacarbonilo de hierro inducida por rayos ultravioleta en la fase gaseosa utilizando espectroscopía de infrarrojos ultrarrápida combinada con cálculos químicos cuánticos de alto nivel. Expusieron el pentacarbonilo de hierro en fase gaseosa a la luz ultravioleta en un pulso de 265 nanómetros o 199 nanómetros, y luego realizó espectroscopía IR transitoria. Este uso de espectroscopía de infrarrojos ultrarrápida permitió medir cambios químicos rápidos en tiempo real.
La irradiación de pentacarbonilo de hierro a 265 nm produce un intermedio de corta duración, hierro tetracarbonilo [Fe (CO) 4 ] en un estado excitado singlete. Esta investigación identificó este intermedio, proporcionando evidencia para el mecanismo de disociación secuencial previamente postulado. La pérdida de otro carbonilo (grupo CO) conduce a la formación de hierro tricarbonilo [Fe (CO) 3 ] en un estado excitado singlete en una escala de tiempo de 3,4 picosegundos. Luego, durante aproximadamente 10 picosegundos, la investigación encontró evidencia de la redistribución de energía o evolución estructural de Fe (CO) 3 . Los estudios de irradiación de 199 nanómetros sugieren la producción de Fe (CO) excitado por singlete 3 en menos de 0,3 picosegundos, seguido de cruce entre sistemas a los estados de triplete de tierra de Fe (CO) 3 o dicarbonilo de hierro [Fe (CO) 2 ] en una escala de tiempo de 15 picosegundos. Estos resultados indican mecanismos de eliminación de carbonilo que involucran especies excitadas electrónica y vibracionalmente.
