Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Metallcluster wachsen

25.01.2016

Erst der Kern, dann die Schale: Chemikerinnen und Chemiker aus Marburg und Karlsruhe haben den schrittweisen Aufbau von Metallcluster-Verbindungen verfolgt, das sind kleinste Ausschnitte von Metallen in molekularer Form. Das Team untersuchte Cluster, die ein Übergangsmetall-Atom enthalten, das sich in einer Hülle aus Halbmetall-Atomen befindet. Diese Hülle formt sich schrittweise um das innere Atom, fanden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler heraus – und schließen damit aus, dass sich das zentrale Atom erst nachträglich einnistet. Das Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“ berichtet in seiner aktuellen Ausgabe (25. Januar 2016) über die Ergebnisse.

Um chemische Verbindungen gezielt synthetisieren zu können, muss man die Mechanismen kennen, die für ihre Bildung verantwortlich sind. „Rein anorganische Verbindungen sind in dieser Hinsicht weitgehend eine ‚black box‘“, erklärt die Chemieprofessorin Dr. Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität, Korrespondenzautorin der aktuellen Studie.


Das Team um die Marburger Chemieprofessorin Dr. Stefanie Dehnen verfolgte die Bildung eines Metallclusters von den atomaren Bestandteilen bis zur fertigen Verbindung.

(Abbildung: AG Dehnen, Philipps-Universität Marburg)

„Das gilt insbesondere für die Bildung vielkerniger Metallkomplexe, so genannter Cluster.“ Denn die Prozesse beim Umbau metallhaltiger Cluster gehen so schnell vonstatten, dass es normalerweise nicht möglich ist, diese Vorgänge und die Zwischenprodukte zu beobachten.

Würde man die beteiligten Mechanismen vollständig kennen, so ließen sich für technische Anwendungen Metall-Cluster maßschneidern, die fein justierbare opto-elektronische und magnetische Eigenschaften aufweisen.

„Aber schon die allerersten Schritte sind noch weitgehend unerforscht und lassen sich nur aufklären, indem man chemische Synthese, Messung und computerchemischer Modellierung miteinander kombiniert“, legt Mitverfasser Dr. Florian Weigend vom Karlsruher Institut für Technologie dar, der zweite Korrespondenzautor des Aufsatzes.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verfolgten die Bildung eines vielkernigen Metallclusters, indem sie die aufeinanderfolgenden Kristallstrukturen beobachteten. Hierfür synthetisierte die Gruppe eine Serie von Clustern, die aus den Halbmetallen Germanium und Arsen bestehen und die offenbar in definierten Schritten größer werden. Bei den größten Vertretern befindet sich ein Atom des Übergangsmetalls Tantal im Zentrum der Käfigmoleküle.

Die Befunde legen nahe, dass das Übergangsmetall bei der Clusterbildung sehr früh ins Spiel kommt. „Es kann als ein Art Katalysator angesehen werden, der das Knüpfen und Lösen von Bindungen anstößt, wenn die beobachteten Umformungen vonstattengehen“, führt das Forschungsteam aus.

Alles in allem zeigen die Befunde, dass sich das Übergangsmetall nicht in eine vorweg entstandene Clusterhülle einfügt, sondern dass sich die Schale des Clusters schrittweise um das Atom im Zentrum herum bildet.

In Verbindung mit quantenchemischen Berechnungen unter Weigends Leitung ergibt sich erstmals ein weitgehend quantitatives Gesamtbild. „Die Ergebnisse lassen sich für eine ganze Familie metallischer Clusterverbindungen verallgemeinern“, schreiben die Autorinnen und Autoren.

Neben Dehnen und Weigend sowie dem Doktoranden Stefan Mitzinger sind die Humboldt-Stipendiatin Dr. Lies Broeckaert und Professor Dr. Werner Massa an der aktuellen Veröffentlichung beteiligt. Die zugrunde liegenden Forschungsarbeiten wurden durch die Alexander-von Humboldt-Stiftung, die Friedrich-Ebert-Stiftung sowie die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziell unterstützt.

Stefanie Dehnen lehrt Anorganische Chemie an der Philipps-Universität, wo sie außerdem als stellvertretende Sprecherin des Graduiertenkollegs "Funktionalisierung von Halbleitern" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (GRK 1782) amtiert. Auch in der breitenwirksamen Vermittlung ihrer Forschung ist die Hochschullehrerin aktiv: Dehnen ist Direktorin des Mitmachlabors „Chemikum Marburg“.

Originalpublikation: Stefan Mitzinger & al.: Understanding of Multimetallic Cluster Growth, Nature Communications 25. Januar 2016, DOI: http://dx.doi.org/10.1038/NCOMMS10480


Weitere Informationen:
Ansprechpartnerin: Professorin Dr. Stefanie Dehnen,
Fachgebiet Anorganische Chemie
Tel.: 06421 28-25751
E-Mail: dehnen@chemie.uni-marburg.de
Homepage: http://www.uni-marburg.de/fb15/ag-dehnen

Johannes Scholten | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

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: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

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

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

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