Dr. Alexander Schnegg - EPR Forschungsgruppe

Dr. Alexander Schnegg
Leiter der Gruppe EPR Research Group

Vita

Dipl.-Phys. Freie Universität Berlin (1998)
Dr. rer. nat.Institut für Experimentalphysik, Freie Universität Berlin (1999-2003)
PostdocMax-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie; heute: MPI CEC (2004-2005)
PostdocHelmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) (2006-2013)
Wiss. MitarbeiterVerantwortlicher Wissenschaftler im EPR-Labor am HZB (2013-2018)
Adjunct professor Monash University, Melbourne, Australia (seit 2016)
ForschungsgruppenleiterMPI CEC (seit 2018)

Publications

Full publications list

Selected MPI CEC publications

  • Ma, Y., Pang, Y., Chabbra, S., Reijerse, E.J., Schnegg, A., Niski, J., Leutzsch, M., Cornella, J. (2020). Radical C‒N Borylation of Aromatic Amines Enabled by a Pyrylium Reagent Chemistry – A European Journal https://doi.org/10.1002/chem.202000412
  • Krzystek, J., Schnegg, A., Aliabadi, A., Holldack, K., Stoian, S.A., Ozarowski, A., Hicks, S.D., Abu Omar, M.M., Thomas, K.E., Ghosh, A., Caulfield, K.P., Tonzetich, Z.J., Telser, J. (2020). Advanced Paramagnetic Resonance Studies on Manganese and Iron Corroles with a Formal d4 Electron Count Inorganic Chemistry 59(2), 1075-1090. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02635
  • Li, J., Chen, J., Sang, R., Ham, W.-S., Plutschack, M.B., Berger, F., Chabbra, S., Schnegg, A., Genicot, C., Ritter, T. (2020). Photoredox catalysis with aryl sulfonium salts enables site-selective late-stage fluorination Nature Chemistry 12, 56-62. https://doi.org/10.1038/s41557-019-0353-3
  • Rams, M., Jochim, A., Böhme, M., Lohmiller, T., Ceglarska, M., Rams, M.M., Schnegg, A., Plass, W., Näther, C. (2019). Single‐Chain Magnet Based on Cobalt(II) Thiocyanate as XXZ Spin Chain Chemistry – A European Journal https://doi.org/10.1002/chem.201903924
  • Kutin, Y., Cox, N., Lubitz, W., Schnegg, A., Rüdiger, O. (2019). In Situ EPR Characterization of a Cobalt Oxide Water Oxidation Catalyst at Neutral pH Catalysts 9(11), 926. https://doi.org/10.3390/catal9110926
  • Nehrkorn, J., Bonke, S.A., Aliabadi, A., Schwalbe, M., Schnegg, A. (2019). Examination of the Magneto-Structural Effects of Hangman Groups on Ferric Porphyrins by EPR Inorganic Chemistry 58(20), 14228-14237. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b02348
  • Sidabras, J., Duan, J., Winkler, M., Happe, T., Hussein, R., Zouni, A., Suter, D., Schnegg, A., Lubitz, W., Reijerse, E.J. (2019) Extending electron paramagnetic resonance to nanoliter volume protein single crystals using a self-resonant microhelix Science Advances 5(10), eaay1394. https://doi.org/10.1126/sciadv.aay1394
  • Cheng, J., Liu, J., Leng, X., Lohmiller, T., Schnegg, A., Bill, E., Ye, S., Deng, L. (2019). A Two-Coordinate Iron(II) Imido Complex with NHC Ligation: Synthesis, Characterization, and Its Diversified Reactivity of Nitrene Transfer and C–H Bond Activation Inorganic Chemistry 58, 7634-6744. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b01147
  • Zhao, G., Busser, G.W., Froese, C., Hu, B., Bohnke, S.A., Schnegg, A., Ai, Y., Wei, D., Wang, X., Peng, B., Muhler, M. (2019). Anaerobic Alcohol Conversion to Carbonyl Compounds Over Nanoscaled Rh-doped SrTiO3 under Visible Light The Journal of Physical Chemistry Letters 10, 2075–2080. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00621
  • Nehrkorn, J., Veber, S.L., Zhukas, L.A., Novikov, V.N., Nelyubina, Y.V., Voloshin, Y.Z, Holldach, K., Stoll, S., Schnegg, A. (2018). Determination of Large Zero-Field Splitting in High-Spin Co(I) Clathrochelates Inorganic Chemistry 57(24), 15330-15340. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b02670



Gruppenmitglieder

Gruppenleiter (Vertretungen)

  • Dr. Edward J. Reijerse

Laborkoordination

  • Dr. Leonid Rapatskiy

Postdocs

  • Dr. Shannon Bonke (Gast)
  • Dr. Sonia Chabbra
  • Dr. Yury Kutin (Gast)
  • Dr. Joscha Paul Nehrkorn
  • Markus Teucher

PhD Studenten

  • Stephany Natasha Arellano Ahumada (Gast)
  • Jason W. Sidabras

EPR Forschungsgruppe am MPI CEC

Die EPR-Forschungsgruppe am MPI CEC nutzt die Elektronenspinresonanz-Spektroskopie (im Englischen electron paramagnetic resonance (EPR)) zur Identifizierung und Charakterisierung paramagnetischer Zustände in Prozessen der Energiekonversion und –speicherung. Ein spezielles Augenmerk gilt katalytisch aktiven paramagnetischen Übergangsmetallen und Radikalen. Wir entwickeln und benutzen EPR-Spektrometer der neuesten Generation im Frequenzbereich von einigen GHz bis zu mehreren THz. Unsere Spektrometer erlauben eine Vielzahl spezifischer Experimente im Puls- und Dauerstrichbetrieb, darunter Doppelresonanz- und Multi-Frequenz-Experimente für Kristalle, Lösungen, Festkörper und in situ-Experimente.  

Momentan sind wir in den folgenden Forschungsfeldern aktiv:

In-situ EPR

Die wissensbasierte Veränderung und Verbesserung von Katalysatoren erfordert ein tiefgreifendes Verständnis ihrer Funktionsmechanismen.  Jedoch werden die entscheidenden katalytischen Zustände häufig erst während der Reaktion gebildet und sind somit nur unter Reaktionsbedingungen zu analysieren. Diesem Umstand begegnen wir mit der Entwicklung und Anwendung von in-situ/operando-EPR-Methoden.  Diese Studien erfordern die Konstruktion elektrochemischer Zellen innerhalb eines EPR-Probenröhrchens (siehe Abb. 2) und den Einsatz von Durchflusssystemen im EPR-Spektrometer. Dabei stehen unter anderem Reaktionen für die elektrokatalytische Wasseroxidation mit dünnen Übergangsmetallionenfilmen oder homogenen Katalysatoren im Mittelpunkt der Untersuchungen.

Kontakt: Shannon Bonke and Sonia Chabbra

Übergangsmetallionen in Hochspinzuständen

Das Ziel von EPR-Messungen an Hochspinzuständen (S > 1/2) von Übergangsmetallionen ist die Bestimmung ihrer Spinkopplungsparameter. Diese Parameter sind empfindliche Sonden der Koordinationsumgebung und der elektronischen Struktur, die sowohl die magnetischen als auch die chemischen Eigenschaften der Ionen bestimmen. Im Falle katalytisch aktiver Übergangsmetalle können die Kopplungen Informationen über den Struktur-Funktions-Zusammenhang liefern. Vor allem die Nullfeldaufspaltungsparameter der Elektronenspins liefern entscheidende Informationen. Jedoch sind diese Parameter mit herkömmlichen Spektrometern häufig nicht zugänglich. Daher entwickelt und betreibt die EPR-Gruppe neuartige Hochfrequenz/Hochfeld-Spektrometer. Diese EPR-Spektrometer werden, unter anderem für Studien an katalytisch relevanten Hochspinsystemen (u.a. FeII,III,IV, CoII, NiI, MnIII,IV) eingesetzt. Für EPR-Experimente mit Anregungsenergien bis in den THz-Bereich arbeitet die EPR-Forschungsgruppe im Rahmen des gemiensamen Labors EPR4Energy eng mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) zusammen.
Partner: Dr. Karsten Holldack und Dr. Thomas Lohmiller  (HZB, Berlin).

Kontakt: Joscha Nehrkorn

1.    Nehrkorn, J.; Holldack, K.; Bittl, R.; Schnegg, A., J. Magn. Reson. 2017, 280, 10-19.

Metalloproteine

Multifrequenz- und Multiresonanz-EPR-Techniken erlauben detaillierte Untersuchungen an funktionsbestimmenden paramagnetischen Zuständen von Metalloproteinen. Kernspins (z. B. 14/15N, 13C) bilden hervorragende Sonden zur Charakterisierung der Spindichteverteilung über den Metallcluster, insbesondere der Liganden in der ersten Koordinationssphäre (z. B. CN- und CO). Hyperfein-Spektroskopien (z.B. ENDOR-, EDNMR- und HYSCORE-Experimente) stellen die idealen Werkzeuge zur Bestimmung der charakteristischen Hyperfein- und Quadrupol- Wechselwirkungen zur Verfügung. Optimale Bedingungen für solche Experimente werden durch Einkristall-EPR-Messungen erreicht. Proteinmikrokristalle haben jedoch typische Größen im Bereich von 50 bis 200 µm. EPR-Messungen an Kristallen dieser Größenordnung in kommerziell erhältlichen EPR-Resonatoren stellen eine große Herausforderung dar. Um diese Einschränkung zu beseitigen, entwickelt unsere Gruppe Resonanzstrukturen im X-, Q- und W-Band (9,5, 34 und 94 GHz) und bis in den THZ-Bereich, die an die Größe und Form von Nanoliter-Volumenproben im X-, Q- und W-Band (9,5, 34 und 94 GHz) und bis in den THZ-Bereich angepasst sind.

Kontakt: Edward Reijerse und Jason Sidabras

2.    Sidabras, J. W.; Duan, J.; Winkler, M.; Happe, T.; Hussein, R.; Zouni, A.; Suter, D.; Schnegg, A.; Lubitz, W.; Reijerse, E. J., Science Advances 2019, 5 (10), eaay1394.

EPR-on-a-Chip (EPRoC)

EPRoC sind mm-große Sensoren, die eine Mikrowellenquelle und einen -detektor auf einem Halbleiterchip enthalten. Damit leiten sie einen Paradigmenwechsel in der EPR-Spektroskopie ein, indem sie in-situ-Messungen von paramagnetischen Proben in bisher der EPR-Spektroskopie nicht zugänglichen Probenumgebungen auf kosteneffiziente Weise ermöglichen. Die EPR-Gruppe entwickelt EPR-Detektionsschemata, bei denen EPRoC-Sensoren in verschiedenen Umgebungen eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Probenmorphologien im Bereich der Katalyse- und Batterieforschung zu untersuchen. Wie arbeiten  an der Integration der EPRoC-Sensoren in Elektroden für  elektrochemische Experimenten, mit dem Ziel der Charakterisierung von paramagnetischen Zuständen in dünnen Filmen und  flüssigen Lösungen, z.B. in elektrochemischen Zellen, Batterien oder Reaktoren. Ein weiteres Ziel sind rotationsabhängige Messungen an Mikrokristallen mit Hilfe von EPRoC-Sensoren. Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03SF0565A gefördert.
Partner: Prof. Dr. Klaus Lips (HZB), Prof. Dr. Jens Anders (Universität Stuttgart).

Kontakt: Markus Teucher