Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemie von Eisen in wässriger Lösung entschlüsselt

12.05.2016

Ein HZB-Team hat an der Synchrotronquelle BESSY II zwei unterschiedliche Methoden kombiniert, um mehr Informationen zur Chemie von Übergangsmetallverbindungen in Lösung zu gewinnen. Solche Verbindungen können als Katalysatoren in Energiematerialien gewünschte Reaktionen befördern, sind aber bislang noch nicht vollständig verstanden. Sie zeigten an einem einfachen Modellsystem aus Eisen in Wasser, wie sich aus dem systematischen Vergleich sämtlicher elektronischer Wechselwirkungsprozesse ein detailliertes Bild der elektronischen Zustände ermitteln lässt. Die Ergebnisse sind im Open Access Journal von Nature, den Scientific Reports, publiziert.

Wenn ein Blinder ein Elefantenbein betastet, findet er etwas über das Tier heraus. Und möglicherweise lautet sein Urteil: Ein Elefant ist wie eine Säule aufgebaut. Das nicht falsch, aber auch nicht die ganze Wahrheit. So ähnlich ist es mit Messmethoden: sie zeigen einen bestimmten Aspekt sehr gut, andere dagegen gar nicht.


Durch die Kombination von zwei unterschiedlichen Methoden (RIXS und Fluoreszenzspektroskopie) konnte das Team die elektronischen Zustände der Probe im Detail vermessen.

HZB/R. Golnak

Nun ist es einem Team um Professor Emad Aziz vom HZB-Institut „Methoden der Materialentwicklung“ gelungen, zwei verschiedene Methoden so zu kombinieren, dass sich daraus ein nahezu vollständiges Bild der elektronischen Zustände und Wechselwirkungen eines Moleküls in wässriger Lösung ergibt.

Einfaches Modellsystem

Als Modellsystem diente das Hexaaqua(II)-Kation ([Fe(H2O)6]2+). Es besteht aus einem Eisenzentrum mit sechs gleichmäßig angeordneten Wassermolekülen und ist bereits gut verstanden.

Eine Theoriegruppe um Oliver Kühn von der Universität Rostock konnte die elektronischen Zustände und ihre möglichen Anregungen in diesem System vorab berechnen, so dass sich die Aussagen aus den experimentellen Daten sehr gut überprüfen ließen.

Detailliertes Bild der elektronischen Zustände

„Weiche Röntgenstrahlung, wie sie schwerpunktmäßig an BESSY II erzeugt wird, eignet sich perfekt, um die so genannte L-Kante abzutasten“, erklärt Ronny Golnak, der die Experimente während seiner Promotion durchgeführt hat. Die L-Kante bezeichnet den Energiebereich, in dem die wichtigen elektronischen Zustände von Übergangsmetallen wie Eisen liegen: von den kernnahen Elektronen in den 1s- und 2p-Schalen bis zu den Valenzelektronen in den 3d-Schalen.

Mit Hilfe von Röntgenpulsen werden Elektronen von 2p-Schalen kurzzeitig auf höhere Niveaus angeregt. Diese Anregung kann über zwei unterschiedliche Wege abgebaut werden: entweder über die Abgabe von Licht (strahlende Relaxation), was sich mit Röntgenfluoreszenz-Spektroskopie analysieren lässt - oder aber über die Emission von Elektronen (nichtstrahlende Relaxation), die sich mit Photoelektronen-/Augerelektronen-Spektroskopie vermessen lassen. Beide Analysemethoden sind erst seit wenigen Jahren dank der Mikrojet-Technik auch mit flüssigen Proben, bzw. Proben in Lösung durchführbar.

Informationen aus zwei Messmethoden kombiniert

Für den untersuchten Hexaaqua-Komplex wurden nun die Relaxationskanäle der angeregten 3d-Valenzorbitale im Zusammenspiel mit den stärker gebundenen 3p- und 3s-Orbitalen des Eisens analysiert. Durch die Kombination der Ergebnisse aus den strahlenden und nichtstrahlenden Relaxationsprozessen ließ sich ein vollständiges Bild der unbesetzten und besetzten Energieniveaus gewinnen.

Neue Einblicke in Prozesse an Katalysatoren und Energiematerialien

„Unsere Ergebnisse sind für die Interpretation von Röntgenspektren bedeutend und fördern das Verständnis von elektronischen Wechselwirkungen zwischen den gelösten Komplexen und dem umgebenden Lösungsmittel in katalytischen und funktionalen Materialien“, sagt HZB-Wissenschaftler Bernd Winter.

Und Emad Aziz erklärt: „Die Fachwelt war skeptisch, ob unser experimenteller Ansatz funktionieren wird. Das haben wir nun gezeigt. Natürlich werden wir diese Art von Messungen nun auch an weiteren Systemen durchführen, insbesondere an Katalysatoren, die in der physikalischen Chemie in Energiematerialien, aber auch in biologischen Prozessen eine Schlüsselrolle spielen.“

Zur Publikation in Scientific Reports 6, Article number: 24659 (2016) doi:10.1038/srep24659
Joint Analysis of Radiative and Non-Radiative Electronic Relaxation Upon X-ray Irradiation of Transition Metal Aqueous Solutions, Ronny Golnak, Sergey I. Bokarev, Robert Seidel, Jie Xiao, Gilbert Grell, Kaan Atak, Isaak Unger, Stephan Thürmer, Saadullah G. Aziz, Oliver Kühn, Bernd Winter & Emad F. Aziz

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Emad Aziz
E-Mail: emad.aziz@helmholtz-berlin.de

Dr. Bernd Winter
E-Mail: bernd.winter@helmholtz-berlin.de

Ronny Golnak
E-Mail: ronny.golnak@helmholtz-berlin.de

HZB Pressestelle
Dr. Antonia Rötger
E-Mail: antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14448&sprache=de&ty...
http://www.nature.com/articles/srep24659

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Designerviren stacheln Immunabwehr gegen Krebszellen an
26.05.2017 | Universität Basel

nachricht Wachstumsmechanismus der Pilze entschlüsselt
26.05.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften