09.03.2020 - Universität Regensburg

Eck- und Kantenatome sind reaktiver als zentrale Atome

Auf direktem Weg chemische Reaktivität von kleinen Eisenclustern auf atomarer Skala gemessen

Sie spielen eine bedeutende Rolle in der Chemie-Industrie: Katalytische Prozesse. Auch in jeder Auspuffanlage eines Verbrennungsmotors laufen wichtige katalytisch aktivierte Reaktionen ab, um die Abgase zu reinigen. Der Katalysator sorgt dort beispielsweise dafür, dass stark umweltschädliche Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe in weniger umweltschädlichen Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden.

Auch in der organischen Synthese sind Katalysatoren wie beispielsweise Eisen von großer Wichtigkeit. Jeder Katalysator weist gewisse Bereiche auf, an welchen mehr chemische Reaktionen ablaufen können als an anderen. Die Bereiche erhöhter chemischer Reaktivität konnten bisher auf atomarer Ebene nur indirekt gemessen werden – indem der Zustand vor und nach der chemischen Reaktion aufgezeichnet wurde.

Die experimentellen Physiker Julian Berwanger und Prof. Dr. Franz J. Giessibl von der Universität Regensburg konnten nun, unterstützt durch ein Team von theoretischen Quantenchemikern (Svitlana Polyesa, Dr. Sergiy Mankovsky, Prof. Dr. Hubert Ebert) der Ludwig-Maximilians-Universität München, erstmals die chemische Reaktivität von kleinen Eisenclustern auf atomarer Skala direkt messen. Die Ergebnisse wurden nun in dem Journal Physical Review Letters veröffentlicht.

Die Wissenschaftler befestigten ein Kohlenstoffmonoxid-Molekül an der Spitze ihres Rasterkraftmikroskops. Dieses näherten sie an die verschiedenen Eisenatome eines durch atomare Manipulation auf einer Kupferoberfläche gezielt aufgebauten Eisenclusters an. Die präzise Aufzeichnung der Kraftentwicklung bei der Annäherung zeigte, dass die Wechselwirkung des Kohlenstoffmonoxid-Moleküls mit den Eck- und Kantenatomen stärker ist, als mit den zentralen Eisenatomen des Clusters. Da die Eck- und Kantenatome der Eisencluster im Vergleich nur wenige direkte Nachbaratome besitzen, sind diese chemisch reaktiver als die zentralen Atome der Cluster, welche von mehreren direkten Nachbaratomen umgeben sind. Dieses Ergebnis kann für die zukünftige Verbesserung von Katalysatoren von großer Bedeutung sein.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Katalysatoren
  • chemische Reaktionen
  • Reaktivität
Mehr über Uni Regensburg
  • News

    Neues Verfahren erleichtert Suche nach Open-Access-Informationen

    Nutzerinnen und Nutzer können in Zukunft wesentlich einfacher Open-Access-Quellen finden. In einem Kooperationsprojekt haben die Elektronische Zeitschriftenbibliothek (EZB) und ZB MED – Informationszentrum Lebenswissenschaften ein Verfahren für die Recherche freier Fachliteratur entwickelt. ... mehr

    Gene in der Zange: Neue Methode zur Untersuchung von Biomolekülen

    Eine interdisziplinäre Forschergruppe der Universitäten Regensburg, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und TU Braunschweig hat eine neuartige Methode entwickelt, mit der sich Biomoleküle einfach und effizient auf ihre mechanischen Eigenschaften untersuchen lassen. Für Biologen zä ... mehr

    Schnappschüsse von Molekülen bei Raumtemperatur

    Forschern der Universität Regensburg ist es in Kooperation mit Kollegen aus Barcelona erstmals gelungen, organische Moleküle bei Raumtemperatur mit atomarer Auflösung darzustellen. Für die „Schnappschüsse“ von den Molekülen nutzten sie eine Kombination aus Rastertunnel- und Rasterkraftmikro ... mehr