Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Oberflächenchemie führt zu neuen Produkten

13.09.2016

Chemische Reaktionen auf Oberflächen können zu neuen chemischen Verbindungen führen, die bisher in Lösung nicht synthetisiert wurden. Die Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte lassen sich dabei mithilfe eines hochauflösenden Rasterkraftmikroskops genau analysieren. Dies zeigen Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institute und des Departements Physik der Universität Basel zusammen mit Kollegen aus Japan und Finnland in der Fachzeitschrift «Nature Communications».

Bei zahlreichen nanotechnologischen Anwendungen werden einzelne Moleküle auf Oberflächen platziert, damit sie bestimmte Funktionen erfüllen – beispielsweise elektrischen Strom zu leiten oder ein Lichtsignal auszusenden.


Katalysiert durch die Kupferatome der Oberfläche, verändert das Ausgangsprodukt bei einer graduellen Temperaturerhöhung seine chemische Struktur und räumliche Anordnung.

(Illustration: Universität Basel, Departement Physik)

Im Idealfall synthetisieren die Wissenschaftler diese teilweise recht komplexen chemischen Verbindungen direkt auf der Oberfläche. Mithilfe von ultrahochauflösenden Rasterkraftmikroskopen lassen sich die chemischen Reaktionen auf der Oberfläche Schritt für Schritt verfolgen. Die erhaltenen Daten erlauben zudem die Berechnung der genauen molekularen Struktur und der Energetik der Reaktionsschritte.

Mitarbeiter von Prof. Ernst Meyer von der Universität Basel haben für ihre Untersuchungen ein Molekül gewählt, das aus drei Benzolringen besteht, die über eine Dreifachbindung verbunden sind. Bringen die Forscher dieses Molekül auf eine Silberoberfläche auf, ordnen sich die Moleküle selbst zu einem gleichmässigen Muster an – es kommt jedoch nicht zu einer chemischen Reaktion.

Kupfer als Katalysator

Auf einer Kupferoberfläche dagegen reagieren die Moleküle bereits bei einer Temperatur von –123 °C. Katalysiert durch die Kupferatome, nimmt das Ausgangsmolekül zwei Wasserstoffatome auf und verändert seine Struktur und räumliche Anordnung. Wird die Probe auf 200 °C erwärmt, erfolgt ein weiterer Reaktionsschritt, bei dem es zur Ausbildung von zwei Fünferringen kommt.

Eine weitere Temperaturerhöhung auf 400 °C bewirkt die Abspaltung von Wasserstoffatomen und die Ausbildung einer weiteren Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Die beiden letzten Reaktionsschritte führen zu aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen, die bisher in Lösung nicht synthetisiert worden waren.

Die Forscher führten diese Untersuchungen im Ultrahochvakuum durch und konnten die Synthese mithilfe eines hochauflösenden Rasterkraftmikroskops mit einer Kohlenstoffmonoxid-Spitze verfolgen. Die vergleichenden Computerberechnungen führten zur genauen molekularen Struktur, die bestens mit den mikroskopischen Aufnahmen übereinstimmt.

Nanostrukturen nach Mass

Mit seinen Untersuchungen hat das internationale Forschungsteam gezeigt, dass Oberflächenchemie zu neuen Produkten führen kann. «Diese äusserst reine Form der Chemie liefert uns massgeschneiderte Nanostrukturen auf Oberflächen, die vielfältig eingesetzt werden können», kommentiert Meyer die Arbeiten, die massgeblich von Dr. Shigeki Kawai durchgeführt wurden. In dem vorgestellten Beispiel fungiert die Kupferoberfläche als Katalysator; die chemische Reaktion der Ausgangsmoleküle wird durch Wärmezufuhr gesteuert und lässt sich mittels Rasterkraftmikroskopie verfolgen.

Orginalbeitrag

Shigeki Kawai, Ville Haapasilta, Benjamin D. Lindner, Kazukuni Tahara, Peter Spijker, Jeroen A. Buitendijk, Rémy Pawlak, Tobias Meier, Yoshito Tobe, Adam S. Foster, and Ernst Meyer
Thermal control of a sequential on-surface transformation of a hydrocarbon molecule on copper surface
Nature Communications (2016), doi: 10.1038/ncomms12711

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Ernst Meyer, Universität Basel, Departement Physik, Tel. +41 61 267 37 24, E-Mail: ernst.meyer@unibas.ch

Reto Caluori | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Flammschutzmittel – Verborgene Lebensretter in Kunststoffen
20.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Wie man Stickstoff zwingt, sich zu binden
20.07.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie