Aktuelles: Mit Ecken und Kanten: Eck- und Kantenatome sind reaktiver als zentrale Atome

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 umweltsch?dliche Stickoxide, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe in weniger umweltsch?dlichen Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden. Auch in der organischen Synthese sind Katalysatoren wie beispielsweise Eisen von gro?er Wichtigkeit. Jeder Katalysator weist gewisse Bereiche auf, an welchen mehr chemische Reaktionen ablaufen k?nnen als an anderen. Die Bereiche erh?hter chemischer Reaktivit?t 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 Universit?t Regensburg konnten nun, unterstützt durch ein Team von theoretischen Quantenchemikern (Svitlana Polyesa, Dr. Sergiy Mankovsky, Prof. Dr. Hubert Ebert) der Ludwig-Maximilians-Universit?t München, erstmals die chemische Reaktivit?t von kleinen Eisenclustern auf atomarer Skala direkt messen. Die Ergebnisse wurden nun in dem Journal Physical Review Letters ver?ffentlicht. Die Wissenschaftler befestigten ein Kohlenstoffmonoxid-Molekül an der Spitze ihres Rasterkraftmikroskops. {web_name}es n?herten sie an die verschiedenen Eisenatome eines durch atomare Manipulation auf einer Kupferoberfl?che gezielt aufgebauten Eisenclusters an. Die pr?zise Aufzeichnung der Kraftentwicklung bei der Ann?herung zeigte, dass die Wechselwirkung des Kohlenstoffmonoxid-Moleküls mit den Eck- und Kantenatomen st?rker 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. {web_name}es Ergebnis kann für die zukünftige Verbesserung von Katalysatoren von gro?er Bedeutung sein.

ORIGINALPUBLIKATION:

Julian Berwanger, Svitlana Polesya, Sergiy Mankovsky, Hubert Ebert, and Franz J. Giessibl, ”Atomically Resolved Chemical Reactivity of Small Fe Clusters”, Physical Review Letters (2020).
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.096001
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.124.096001 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)

WEITERF?HRENDE LINKS

• Atomically Resolved Chemical Reactivity of Small Fe Clusters
• Lehrstuhl für Quanten-Nanowissenschaft