Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einem altbekannten Material ein modernes Rätsel entlockt

05.12.2014

Magnetit dient bei chemischen Reaktionen oft als Katalysator. An seiner Oberfläche können andere Metallatome so gebunden werden, dass sie voneinander getrennt bleiben und sich nicht zu größeren Metallpartikeln zusammenschließen.

Wissenschaftler vermuten, dass dies chemische Reaktionen besonders gut beschleunigt. Wie diese Eigenschaft zustande kommt, war bisher jedoch nicht bekannt. Wissenschaftler der Technischen Universität Wien und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben nun nachgewiesen, dass das Geheimnis in der besonderen Struktur der Eisenoxid-Oberfläche liegt. Ihre Ergebnisse haben sie jetzt in dem renommierten Wissenschaftsmagazin Science veröffentlicht.*

Eisen(II,III)oxid – besser bekannt als Magnetit – ist wegen seiner magnetischen Eigenschaften bereits seit Jahrtausenden für den Menschen interessant; so konnten schon in der Antike Magnetkompasse zur Orientierung gebaut werden. Heute interessieren Wissenschaftler jedoch nicht mehr so sehr die magnetischen Eigenschaften des Materials, sondern das, was sich an der Oberfläche eines Eisenoxid-Kristalls abspielt. Denn diese Vorgänge sind für die guten katalytischen Eigenschaften des Eisenoxids verantwortlich.

Zusammen mit Forschern der TU Wien haben Wissenschaftler am Lehrstuhl für Festkörperphysik der FAU daher die Struktur der Oberfläche untersucht. Im Inneren eines Kristalls ist es vergleichsweise leicht, die Struktur zu beschreiben – jedes Eisen- bzw. Sauerstoffatom hat einen bestimmten Platz, der sich periodisch wiederholt. „Uns hat dagegen interessiert, wie sich die Atome in den äußersten Lagen des Kristalls anordnen, wo diese Symmetrie gebrochen ist“, erläutert Prof. Alexander Schneider.

Die Wissenschaftler beobachteten, dass im Oberflächenbereich weniger Eisenatome vorhanden sind und diese sich auch in anderer Weise als im Innern des Kristalls im praktisch unveränderten Sauerstoffgitter anordnen. Dadurch entstehen besondere Bindungsplätze für sich von außen anlagernde Atome und Moleküle. Dies widerlegt die bisherige Annahme, dass die Chemie von Metalloxidoberflächen grundsätzlich durch das Fehlen von Sauerstoffatomen bestimmt wird. Die Ergebnisse lassen erwarten, dass der Mechanismus der Fehlstellenbildung und Umordnung der Metallatome im intakten Sauerstoffgitter auch an den Oberflächen vieler anderer Metalloxide wirksam ist.

Erlanger Spezialgebiet

Die Struktur eines so komplexen Materials aufzuklären, ist trotz modernster experimenteller und theoretischer Methoden ein schwieriges Unterfangen. Dies gelang der Forschergruppe in Erlangen mit Hilfe der Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED: Low-Energy Electron Diffraction). Bei dieser Methode werden Elektronen auf den Kristall geschossen und an dessen Oberfläche in wohldefinierte Richtungen abgelenkt.

Aus den Intensitäten dieser gebeugten Elektronenstrahlen können die Wissenschaftler auf der Basis aufwändiger Modellrechnungen dessen Oberflächenstruktur feststellen. Mit dieser Methode hat sich die Arbeitsgruppe des inzwischen emeritierten Prof. Klaus Heinz am Lehrstuhl für Festkörperphysik der FAU eine weltweite Führungsposition bei der Aufklärung der atomaren Struktur von Kristalloberflächen erarbeitet.

„Die in dieser Studie erzielte Übereinstimmung aus Experiment und Vergleichsrechnung ist so gut, dass wir nun nicht nur genauestens über die Eisenoxidoberfläche Bescheid wissen, sondern auch zeigen können, dass die Methode der Elektronenbeugung mit der Beschreibung dieser Materialklasse – entgegen einer in der Fachwelt häufig vertretenen Meinung – bestens zurecht kommt“, freut sich Dr. Lutz Hammer.

*R. Bliem, et al. , Science, 5. Dezember 2014, Vol. 346, #621 4; doi: 10.1126/science.1260556

Weitere Informationen für die Medien:
Dr. Lutz Hammer
Tel.: 09131/85-28404
lutz.hammer@physik.uni-erlangen.de

Prof. Dr. Alexander Schneider
Tel.: 09131/85-28405
alexander.schneider@physik.uni-erlangen.de

Blandina Mangelkramer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Lasing am Limit
15.02.2018 | Technische Universität Berlin

nachricht Forschung für die LED-Tapete der Zukunft
15.02.2018 | Universität Bremen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

Von Bitcoins bis zur Genomchirurgie

19.02.2018 | Veranstaltungen

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

Die Zukunft wird gedruckt

19.02.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer HHI präsentiert neueste VR- und 5G-Technologien auf dem Mobile World Congress

19.02.2018 | Messenachrichten

Stabile Gashydrate lösen Hangrutschung aus

19.02.2018 | Geowissenschaften

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