Forschungsgebiete der Arbeitsgruppe Mezger-Backus

Der derzeitige Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe Backus ist das Verstehen der Struktur und der Dynamik von Wasser an Grenzflächen. Das Verhalten des Wassers an harten und weichen Grenzflächen ist zum Beispiel bedeutend für Anwendungsmöglichkeiten in der Elektrochemie, der Katalyse und in der Zusammenfaltung von Makromolekülen. Um besonders die Wassermoleküle an Grenzflächen zu studieren, verwenden wir nichtlineare optische Spektroskopie Techniken. Bei diesen Methoden wird kein Signal von punktsymmetrischen Medien erzeugt. An den Grenzflächen wird die Symmetrie gebrochen. Deshalb können selektiv Moleküle an den Grenzflächen studiert werden. In meiner Gruppe nutzen wir hauptsächlich die nichtlineare Methode der Summenfrequenzspektroskopie (SFG) mit einem Laserstrahl im infraroten und einem im sichtbaren Bereich. Wenn das Infrarotlicht in Resonanz mit der molekularen Schwingung ist, ist das Signal stark erhöht. Auf diese Weise erhalten wir das Schwingungsspektrum der Moleküle an den Grenzflächen. Das Spektrum zeigt nicht nur Informationen über die Präsenz der Moleküle sondern auch über ihre Umgebung und ihre Ausrichtung. In den letzten Jahren erweiterte sich die Technik in Phasen-, Zeit- und Multidimensionaler Spektroskopie. Mit der phasenaufgelösten SFG Methode kann die Orientierung der Moleküle geortet werden. Zeitaufgelöste SFG liefert Informationen über Schwingungsenergierelaxation, Drehdynamik und Reaktionsweg. Diese hochmodernen Methoden nutzend, widmet sich die Forschungsgruppe dem Verstehen der Struktur auf der molekularen Ebene, Relaxationsdynamiken und der Reaktivität von Molekülen an der Grenzfläche. Abgesehen von unserem Hauptforschungsgebiet von Wassermolekülen an Grenzflächen erforschen wir auch die Struktur, die Orientierung und die Dynamik der Moleküle von Tensiden, Peptiden und organischen Säuren.

Flüssige Grenzfläche

Ein Schwerpunkt der Forschungsgruppe ist die Struktur und Dynamik der Wasser-Luft-Grenzfläche. Wir sind interessiert an der Erforschung wie zum Beispiel Ionen die Struktur und die Dynamik von Wassermolekülen an der Grenzfläche verändern. Physikalische und chemische Prozesse an solchen Grenzflächen, spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Gebieten wie zum Beispiel der Chemie der Aerosols in der Atmosphäre, der heterogenen Katalyse, Biophysik und Biochemie. Kenntnisse der molekularen Grenzflächenstruktur und der Dynamik von Wasser an Grenzflächen hat enorme Bedeutung nicht nur für das grundlegende Verständnis dieser universellen Flüssigkeit, sondern auch für die vielen umweltrelevanten und biophysikalischen Systeme in denen Flüssigkeit an Grenzflächen eine Rolle spielen. In anderen Projekten verwenden wir eine Molekularschicht von Tensiden, die uns als Modelsysteme für Zellmembranen dienen. Daraus erforschen wir den Effekt der Ionen auf Oberflächenanordnung und auf dem Wasser neben den Kopfgruppen der Tenside. Zudem können wir, wenn wir zum Beispiel Peptide oder Dendrimere in die Unterphase injizieren die Interaktion zwischen den Molekülen und den Tensiden zeigen.