AG ESR Spektroskopie

Meine Arbeitsgruppe nutzt Elektronen-Spin-Resonanz Spektroskopie (ESR-Spektroskopie), auch EPR-Spektroskopie (engl.: Electron Paramagnetic Resonance) genannt, zur Untersuchung von neuartigen Molekülen/ Materialien und Proteinen. Unsere Arbeit ist von vielen Kollaborationen geprägt und bringt Biologen, Chemiker, Materialwissenschaftler und Physiker zusammen.

Gruppenbild der Physikalischen Chemie vor dem Gebäude, 12 Personen — © Martina Schilling

Was ist EPR-Spektroskopie?
Die EPR-Spektroskopie ist eine leistungsstarke Methode, die Einblicke in die Struktur von Materialien/Molekülen und Proteinen ermöglicht. Paramagnetische Substanzen, wie z. B. Moleküle mit ungepaarten Elektronenspins, werden dabei in ein äußeres Magnetfeld eingebettet, um die Zeeman-Spaltung zwischen den beiden möglichen Spinzuständen zu beeinflussen. Anschließend werden die daraus resultierenden Energieübergänge durch Mikrowellenbestrahlung (MW) untersucht. Im Allgemeinen wird zwischen zwei Betriebsarten unterschieden: Continuous wave (CW) und gepulste MW-Bestrahlung.
Beide Methoden geben Einblick in verschiedene spektrale Eigenschaften, die Antworten auf verschiedene Fragen der Strukturuntersuchung geben können. Unsere Arbeit erfolgt in enger Kooperation mit Biologen, Chemikern, Materialwissenschaftlern und Physikern.

Verfügbare EPR Spektrometer:

Bruker Elexsys E580 SuperQ Q-Band EPR Pulsspektrometer mit geschlossenem He-Kryostat (3 - 300 K) (Resonatoren: EN 5107D2 Q-Band ENDOR, EN 5107T2)

Bruker Elexsys E580 X-Band EPR Pulsspektrometer mit geschlossenem He-Kryostat (3 - 300 K) (Resonatoren: ER4118MD4 ENDOR, ER4118MD5)

Bruker X-band EMXplus CW Spektrometer (Resonatoren: SHQE, ER4123D)

Bruker Magnettech ESR5000

Strukturelle Biologie
In Kombination mit Röntgenstrukturbeugungs-Methoden, Molekulardynamik und Nitroxid Spin-Labelling kann EPR Spektroskopie zerstörungsfrei weitere Ergebnisse zur Struktur von Proteinen in Lösung bieten (Ilangovan et al., Cell 2017, Bagneris et al. Nature Communications 2013, Webster et al. Nucleic Acids Research 2012, Phan et al. Nature, 2011, Grohmann et al. Journal of the American Chemical Society 2010).

Raum-Temperatur MASER
Der MASER (engl.: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist der Vorgänger des allgemein bekannten Lasers, ist jedoch weniger bekannt und entwickelt worden aufgrund von technischen Schwierigkeiten in der Umsetzung. Vor nicht allzu langer Zeit, zusammen mit Kollegen des Imperial Colleges in London, haben wir einen MASER entwickelt auf der Basis des angeregten Zustands von Pentacens in einer p-Terphenyl-Matrix (Salvadori et al., Scientific Reports 2017, Breeze et al., Quantum Information 2017). Ein weiterer Fortschritt wurde durch NV-Zentren (engl.: Nitrogen Vacancy) in einem Diamanten erreicht, wodurch ein MASER bei Raum-Temperatur entwickelt werden konnte (Breeze et al., Nature 2018).

Forschungsarbeiten

Aktuelle Abschlussarbeiten in der Arbeitsgruppe der ESR Spektroskopie:

Halbach Magnet für Maser

Hochleistungsresonatoren für Raumtemperatur Maser

Pulsmodulation für EPR

EPR Studien zu Ni3-Complex

Spin-Traps

Maser Charakterisierung bei Tiefen Temperaturen

Bei Interesse an einer Forschungsarbeit bitte beim jeweiligen Betreuer melden bzw. einfach vorbei kommen. Falls keine ansprechende Abschlussarbeit aufgelistet ist, aber dennoch großes Interesse an EPR-Spektroskopie besteht, kann über individuelle Arbeiten diskutiert werden.

Im folgenden sind abgeschlossene wissenschaftliche Arbeiten (Bachelor- und Masterarbeiten) und Doktorarbeiten aufgeführt.

Bachelor-Arbeiten:

Crafting and Analyzing the Finland Radical: A Chemical Adventure
(Maximilian Frisch, Februar 2025)
Photoexcited Triplet States of Dyes in Ionic Liquids and traditional Solvents: A transient and pulsed EPR Study
(Eva Steuer, Oktober 2024)
Synthesis and spectroscopic Characterization of isotopically labeled, aryl-substituted Dithiadiazolyl (DTDA) Radicals
(Ruwen Schank, September 2024)
Synthesis and Characterization of Dithiadiazolyl Radicals
(Tiziano Caldara, September 2023)
Investigation on the photo-excited triplet state of Porphycene by ESR- and ENDOR-spectroscopy
(Maxim Neuberger, August 2022)
Eigenschaften von phosphonium-basierten ionischen Flüssigkeiten mit symmetrischen Ionen
(Daniel Schroeder, August 2022)
Untersuchung der Triplettzuständen sternförmiger Tetrathiofulvalen-Oligofluoren Systeme mittels TREPR-Spektroskopie und DFT-Rechnungen
(Lukas Schank, September 2021)
Die Untersuchung organischer Perylenfarbstoffe in Polysiloxanen-Matrices mittels TREPR-Spektroskopie
(Lukas Schneider, April 2021)
Developments of methods to automate Masing threshold determination
(Yan Fett, April 2021)
Analyse potentiell geeigneter Moleküle für singlet-fission mittels EPR-Spektroskopie
(David Schaaf, März 2021)
Optimierung der stimulierten Emission bei den Stickstoff-Leerstellen eines Diamanten
(Haakon Wiedemann, September 2018)

Master-Arbeiten:

Molecular Encounters: Unraveling Photoexcited Triplet and Radical Dynamics using EPR Spectroscopy
(Maxim Neuberger, Februar 2025)
Verbrückte DTDA-Radikale Synthese und Charakterisierung
(Jonas Bach, Januar 2025)
Hyperfine analysis of Cu zeolites for use in catalysis in diesel engines
(David Schaaf, April 2023)
Optimierung der FT-ICR-MS Detektion und Charakterisierung einzelsträngiger DNA-Oligonucleotiden-Modellkomponenten mit Direktinjektion und gekoppelter HPLC mit jeweiliger Tandem-Massenspektrometrie
(Philip Jochum, August 2022)
EPR- und ENDOR-Spektroskopie an angeregten Triplettzuständen
(Elias Gießelmann, Dezember 2021)
Nitrogen transfer reactions with (Bis)iminophosphoranes and Palladium Nitrenes
(Djana Momper, Dezember 2021)
Wege zum Hochleistungs-EPR-Resonator
(Haakon Wiedemann, Juli 2021)
Photo-excited singlet and triplet states of Reichhardts dye in glass-forming ionic liquids
(Ramona Jost, März 2021)
Spin-polarisation in a stable radical covalently linked to a dye molecule
(Johannes Krämer, Oktober 2020)

From Spins to Solutions - Expanding the Horizons of Electron Spin Resonance (ESR) Spectroscopy
(H. T. A. Wiedemann, April 2025)
Electronic structure and morphology of organic semiconductors and the impact of molecular modifications
(C. Matt, 2021)
https://publikationen.sulb.uni-saarland.de/handle/20.500.11880/31812