Chemici maken katalysatoren voor gebruik in de industrie en andere toepassingen. Een van de methoden om deze katalysatoren te maken, is door licht te gebruiken om organometaalverbindingen af ​​te breken - stoffen die zowel metalen als koolstof bevatten. Dit soort verbindingen worden fotokatalysatoren genoemd. Wetenschappers noemen het proces van het afbreken van moleculen met licht, fotodissociatie. Onderzoekers bestuderen vaak de fotodissociatie van ijzerpentacarbonyl als een model om andere katalysatoren te begrijpen. Deze studie gebruikte een methode genaamd ultrasnelle infrarood (IR) spectroscopie om te bestuderen hoe ultraviolet licht gasfase ijzer pentacarbonyl fotodissocieert.

Onderzoekers weten veel over de fotochemie van ijzerpentacarbonyl in de oplossingsfase. Echter, wetenschappers hebben gecombineerde experimentele en theoretische gasfasestudies nodig om de rol van de complexe elektronische structuur van het molecuul op zijn fotodissociatieprocessen te onderzoeken, wat wetenschappers kan helpen beter te begrijpen hoe de effecten van oplosmiddelen de reactiedynamiek veranderen. Dit onderzoek levert belangrijke nieuwe inzichten op over de mechanismen, energieën, en tijdschalen van de fotodissociatie van ijzerpentacarbonyl in de gasfase. Deze fundamentele wetenschappelijke inzichten kunnen wetenschappers helpen bij het ontwerpen van nieuwe organometallische fotokatalysatoren voor de industrie en andere toepassingen.

IJzerpentacarbonyl [Fe(CO) ₅ ] interageert met ultraviolet (UV) licht om reactieve katalytische soorten te produceren die bepaalde chemische bindingen activeren. In dit onderzoek, onderzoekers onderzochten de mechanismen van UV-geïnduceerde afbraak van ijzerpentacarbonyl in de gasfase met behulp van ultrasnelle IR-spectroscopie in combinatie met hoogwaardige kwantumchemische berekeningen. Ze stelden ijzerpentacarbonyl in de gasfase bloot aan UV-licht in een puls van 265 nanometer of 199 nanometer, en voerde vervolgens tijdelijke IR-spectroscopie uit. Door het gebruik van ultrasnelle IR-spectroscopie konden snelle chemische veranderingen in realtime worden gemeten.

Bestraling van ijzerpentacarbonyl bij 265 nm produceert een kortlevend tussenproduct, ijzertetracarbonyl [Fe(CO) ₄ ] in een singlet aangeslagen toestand. Dit onderzoek identificeerde dit tussenproduct, bewijs leveren voor het eerder gepostuleerde sequentiële dissociatiemechanisme. Het verlies van een andere carbonylgroep (CO-groep) leidt tot de vorming van ijzertricarbonyl [Fe(CO) ₃ ] in een singlet aangeslagen toestand op een tijdschaal van 3,4 picoseconde. Vervolgens, meer dan ongeveer 10 picoseconden, het onderzoek vond bewijs van de herverdeling van energie of structurele evolutie van Fe(CO) ₃ . Studies van 199 nanometer bestraling suggereren de productie van singlet-geëxciteerd Fe (CO) ₃ in minder dan 0,3 picoseconde, gevolgd door intersysteemovergang naar de grondtriplettoestanden van Fe (CO) ₃ of ijzerdicarbonyl [Fe(CO) ₂ ] op een tijdschaal van 15 picoseconden. Deze resultaten duiden op carbonyl-eliminatiemechanismen waarbij elektronisch en vibrerend geëxciteerde soorten betrokken zijn.