Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jedes Atom zählt: Forscher kontrollieren die chemische Reaktion eines einzelnen Moleküls mit nur einem Atom

02.12.2013
Die atomare Umgebung jedes einzelnen Moleküls hat großen Einfluss auf chemische Prozesse.

Das ist zum Beispiel in der Katalyse von fundamentaler Bedeutung. Diese Umgebung jedoch war auf der Ebene einzelner Atome bisher nicht beeinflussbar.


Porphycen-Molekül und Kupferatom auf einer Kupferoberfläche. Das Kupferatom steuert den Protonentransfer im Porphycen-Molekül.

Fritz-Haber-Institut/Grill

Eine Forschergruppe am Fritz-Haber-Institut in Berlin hat nun in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Liverpool und der polnischen Akademie der Wissenschaften herausgefunden, wie sich ein Protonentransfer innerhalb eines einzigen Moleküls mit Hilfe einzelner Atome und Moleküle in seiner Nähe kontrollieren lässt. Die Kenntnis solcher molekularer Prozesse birgt ein gewaltiges Potential für künftige Anwendungen der Nanotechnologie.

Um genau zu wissen, wie der chemische Prozess innerhalb eines einzelnen Moleküls auf einer Kupferoberfläche abläuft, verwendeten die Forscher ein Rastertunnelmikroskop, mit dessen nur ein Atom dicker Spitze einzelne Moleküle beobachtet werden können. Durch einen Spannungspuls injizierten sie Elektronen in ein Molekül. Dadurch veränderte sich die Erscheinung des Moleküls.

Die Wissenschaftler schlossen daraus, dass sie einzelne Protonen innerhalb des Moleküls transferiert hatten – ein Prozess der in der Natur von großer Bedeutung ist, aber auch von Interesse für Schaltprozesse in einzelnen Molekülen der Nanotechnologie. Dabei war die exakte Positionierung der Elektroneninjektion von großer Bedeutung. Sie musste mit einer extrem hohen Präzision von etwa 1 Ångström, also 10-10 bzw. einem Zehnmillionstel Millimeter, platziert werden.

Um diesen Prozess auch kontrollieren zu können, entnahmen sie der Oberfläche ein einzelnes Kupferatom und verschoben es mit der Spitze des Rastertunnelmikroskops sehr exakt an einen anderen Ort. Wurde es in der Nähe des Moleküls platziert, veränderte sich die Rate des Protonentransfers dramatisch. Die Positionierung des Atoms an verschiedenen Stellen ergab, dass dieser Einfluss nicht nur bei erstaunlich großen Molekül-Atom-Abständen wirksam ist, sondern auch von der exakten Lage des Atoms abhängt. Es ist also möglich, mit einem einzelnen Atom je nach Position die Transferrate gezielt zu erhöhen oder zu verringern.

Dieser unerwartete Effekt ließ sich auch auf Anordnungen aus mehreren Molekülen erweitern. Die Forscher fanden heraus, dass sogar die exakte Position der Protonen im Molekül Einfluss auf das Nachbarmolekül ausübt, wodurch positive sowie negative Kooperativität in Molekülreihen verschiedener Länge direkt beobachtet werden kann. Als Kooperativität wird die modifizierte Rate von chemischen Prozessen durch die Veränderung eines Nachbarmoleküls bezeichnet. Dieses Phänomen ist von großer Bedeutung in der Natur, wo es zum Beispiel eine Rolle bei der Proteinfaltung oder dem Sauerstofftransport im Blut spielt. Die Resultate zeigen einerseits durch direkte Abbildung, wie wichtig die atomare Umgebung jedes einzelnen Moleküls für chemische Prozesse ist, und dass sich andererseits die Funktion einzelner Moleküle auf extrem kleinem Raum beeinflussen und sogar mit einzelnen Atomen steuern lässt.

Originalpublikation:
Takashi Kumagai et al.
Controlling intramolecular hydrogen transfer in a porphycene molecule with single atoms or molecules located nearby

Nature Chemistry, doi: 10.1038/nchem.1804

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Leonhard Grill
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Telefon: +43 316 380-5412
E-Mail:lgr@fhi-berlin.mpg.de
Beatrix Wieczorek
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Telefon: +49 30 8413-3152
Fax: +49 30 8413-5603
E-Mail:presse@fhi-berlin.mpg.de

Dr Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fhi-berlin.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

nachricht Der lange Irrweg der ADP Ribosylierung
26.04.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics