Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wissenschaftler zeigen: Carben-Moleküle "reiten" auf Gold-Atomen

04.10.2016

Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben eine neue und völlig unerwartete Eigenschaft von Carben-Molekülen aufgeklärt und einen scheinbaren Widerspruch gelöst: Sie zeigten, wie es diesen Molekülen gelingt, sich selbst zu ordnen und gleichzeitig stabile Filme zu bilden. Die Studie ist in "Nature Chemistry" veröffentlicht.

Viele Wissenschaftler richten derzeit ihr Forschungsinteresse auf eine Klasse von Kohlenstoff-Verbindungen, die für die gezielte Veränderung von Oberflächen und für die Steuerung katalytischer Reaktionen wichtig sind.


Vorn: Ein Carben-Molekül bindet an ein Gold-Atom und hebt es aus der Oberfläche. Links: Das Carben-Molekül kann nun frei rotieren. Rechts: Das Carben-Molekül gleitet über die Oberfläche.

WWU/Harald Fuchs

Über das Verhalten dieser Moleküle, Carbene genannt, ist jedoch wenig bekannt. Chemikern und Physikern der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) gelang es nun, eine neue und völlig unerwartete Eigenschaft der Carbene aufzuklären.

Sie zeigten, wie es diesen Molekülen gelingt, sich selbst zu ordnen und stabile Filme zu bilden. Die Studie wurde nun online in der Fachzeitschrift "Nature Chemistry" veröffentlicht.

Die Wissenschaftler untersuchten Carben-Moleküle auf einer Goldoberfläche. Mithilfe der Rastertunnelmikroskopie konnten die Physiker im münsterschen "Center for NanoTechnology" (CeNTech) erstmals Carbene mit molekularer Auflösung abbilden. Chemiker der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Frank Glorius vom Organisch-Chemischen Institut der WWU hatten die Carbene zuvor hergestellt.

"Überraschend zeigte sich, dass sich die Carben-Moleküle auf der Goldoberfläche von selbst ordneten, was eine hohe Beweglichkeit voraussetzt", berichtet Prof. Dr. Harald Fuchs vom Physikalischen Institut der WWU, wissenschaftlicher Leiter des CeNTech. Für die Forscher war dies eine unerwartete Entdeckung, denn Carbene sind Moleküle, die stabile Filme bilden und so die darunterliegende Metalloberfläche vor äußeren Einflüssen schützen, also beispielsweise Korrosion verhindern.

"Wir waren davon ausgegangen, dass diese Moleküle daher fest und unverrückbar an die Goldoberfläche binden. Stattdessen haben wir gesehen, dass sich bestimmte Carbene bewegen und dicht zusammenlagern", erläutert Frank Glorius.

Einerseits fest mit der Oberfläche verbundene Filme, andererseits bewegliche Moleküle – diesen scheinbaren Widerspruch klärte der Forscherverbund durch Untersuchungen mit dem Rastertunnelmikroskop, gezielte chemische Veränderungen an den Carbenen und theoretische Simulationen. Das Team zeigte: Die verwendeten Carbene ("N-heterocyclische Carbene") gehen zwar eine feste chemische Verbindung mit einzelnen Atomen aus der Goldoberfläche ein. Sie lösen diese Gold-Atome aber heraus und gleiten auf ihnen über die Oberfläche.

"Durch die Bindungskräfte der Gold-Atome untereinander bleiben die 'Jockey-Carbene' auf der Oberfläche, sind aber auf ihr mobil und lagern sich zu geordneten Filmen zusammen. Das Prinzip ist ähnlich wie bei einer Vorhangschiene: Die Vorhangröllchen können sich zwar entlang der Schiene bewegen, können sich aber nicht von ihr lösen", veranschaulicht Harald Fuchs.

Die Forscher hoffen, dass ihre Entdeckung in Zukunft technisch nutzbar ist. Sie könnte beispielsweise helfen, verbesserte Elektroden zu entwickeln oder chemische Katalysatoren zu optimieren, was für die Industrie wichtig ist. Die Arbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Fonds der Chemischen Industrie.


Originalpublikation:

Gaoqiang Wang, Andreas Rühling, Saeed Amirjalayer, Marek Knor, Johannes Bruno Ernst, Christian Richter, Hong-Jun Gao, Alexander Timmer, Hong-Ying Gao, Nikos L. Doltsinis, Frank Glorius und Harald Fuchs: Ballbot-type motion of N-heterocyclic carbenes on gold surfaces. Nature Chemistry Advance Online Publication; DOI: 10.1038/nchem.2622

Weitere Informationen:

Beteiligte Arbeitsgruppen/Einrichtungen
http://www.uni-muenster.de/Physik.PI/Fuchs/index.html AG Prof. Fuchs am Physikalischen Institut der WWU
https://www.uni-muenster.de/Chemie.oc/glorius/ AG Prof. Glorius am Organisch-Chemischen Institut der WWU
https://www.uni-muenster.de/Physik.FT/Forschung/agdoltsinis/ AG Prof. Doltsinis am Institut für Festkörpertheorie der WWU
http://www.centech.de/ Center for NanoTechology Münster

Dr. Christina Heimken | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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