Hochbegabungspresse
Innovative
Methodenkombination am HZB führt zu grundlegenden Erkenntnissen in der
Katalyseforschung
Die
Entwicklung von Materialien mit neuartigen katalytischen Eigenschaften hat
gerade in der Energieforschung große Bedeutung. Besonders wichtig ist dabei das
Verständnis dynamischer Vorgänge beim Katalyseprozess auf atomarer Ebene, wie
beispielsweise die Bildung und das Aufbrechen chemischer Bindungen oder so
genannte Ligandenaustauschreaktionen. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrum
Berlin (HZB) haben jetzt gemeinsam mit Kooperationspartnern ein als RIXS
bezeichnete spektroskopische Methode mit der so genannten ab initio-Theorie kombiniert, um diese
Prozesse an einem für die Katalyseforschung bedeutenden metallischen
Molekülkomplex – dem Eisencarbonylkomplex – detailliert zu beschreiben. Ihre Ergebnisse
veröffentlicht das Team heute in dem renommierten Fachjournal „Angewandte
Chemie International Edition“.
Eisencarbonylkomplexe
werden bei einer großen Anzahl chemischer Reaktionen und industrieller Prozesse
eingesetzt, wie beispielsweise in der lichtinduzierten Wasserreduktion oder der
katalytischen Kohlenmonoxid (CO)-Entfernung aus Abgasen. Die Katalyse erfolgt
durch den schnellen Aufbau und das anschließende Lösen chemischer Bindungen
zwischen dem Metallzentrum und dem Carbonylliganden. „Für uns ist es
essentiell, die Stärke von Orbital-Wechselwirkung in Carbonylkomplexen durch
eine direkte Untersuchung der Metallzentren und des Liganden bestimmen zu
können“, sagt Prof. Dr. Emad Flear Aziz, Gruppenleiter der HZB-Nachwuchsgruppe
`Struktur und Dynamik funktionaler Materialien´. Bisher war diese Untersuchung
in homogener Katalyse in Lösung nicht möglich. Die Entwicklung der neuen
„LiXEdrom“ Versuchsstation für Messungen an einem Mikro-Flüssigkeitsstrahl in der
HZB-Nachwuchsgruppe hat die RIXS-Experimente (Resonant Inelastic X-ray
Scattering) an funktionalen Materialien unter in situ-Bedingungen ermöglicht.
Am
Elektronenspeicherring BESSY II des HZB ist es Aziz Team gemeinsam mit
Wissenschaftlern aus verschiedenen Universitäten nun gelungen, unter
Bedingungen, bei denen auch in der Realität die Katalyse abläuft (in-situ),
sowohl das Metall als auch die Liganden mittels der RIXS-Spektroskopie zu
untersuchen. Sie stellten eine sehr starke Orbital-Wechselwirkung zwischen dem
Metall und dessen Liganden fest, die zu einer Schwächung und Verlängerung der
chemischen Bindung während der RIXS-Anregungen führte. Die experimentellen
Ergebnisse wurden durch theoretische ab initio-Verfahren von der Universität Rostock unterstützt.
„Mit dieser neuen Methodenkombination haben wir grundlegende Einsichten in die
elektronische Struktur von Eisencarbonyl-Komplexen unter katalyserelevanten
Bedingungen erhalten“, sagt Aziz: „Unser Ansatz kann zu einem besseren
Verständnis von Reaktionsdynamiken und
Metall-Liganden-Lösungsmittel-Wechselwirkungen auf sehr kurzen Zeitskalen
beitragen. Das führt zu einer verbesserten Kontrolle von katalytischen
Eigenschaften – und birgt großes Potential für die Herstellung neuer
katalytisch aktiver Materialen.“
Die
Arbeiten fanden in Kooperation mit Prof. Dr. M. Bauer (Fachbereich Chemie, TU
Kaiserslautern), Prof. Dr. J.-E. Rubensson (Dept. of Physics and Astronomy,
Uppsala University) und Prof. Dr. O. Kühn (Institut für Physik, Universität
Rostock) statt.
Der
Artikel (DOI: 10.1002/anie.201303310) wurde am 23. Juli im Magazin
„Angewandte Chemie – International Edition“ veröffentlicht (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201303310/abstract).
Bildunterschrift: Elementarste
Prozesse im Rampenlicht: Donor- und Akzeptorbindungseigenschaften des
Modellkatalysators [Fe(CO)5] in Lösung werden mithilfe von resonanter
inelastischer Röntgenstreuung untersucht.
Grafik: HZB/E.Suljoti
Weitere
Informationen:
Prof.
Dr. Emad F. Aziz
Leiter
Nachwuchsgruppe – Funktionale Materialien in Flüssigkeiten
Tel.:
+49 (0)30-8062-15003
|
Dr.
Edlira Suljoti
Nachwuchsgruppe
– Funktionale Materialien in Flüssigkeiten
Tel.:
+49 (0)30-8062-13443
|
Pressestelle
|
Hannes Schlender
|
Tel.: +49 (0)30-8062-42414 /
-42034
|
Fax: +49 (0)30-8062-42998
|