Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tanz der Atome

10.06.2013
Katalysatoren können ihre Wirkung verlieren, wenn die aktiven Atome auf der Oberfläche zu wandern beginnen. An der TU Wien konnte man diesen Tanz der Atome nun beobachten und erklären.

Wer alleine an der Tanzfläche steht, bewegt sich kaum. Erst wenn man den richtigen Tanzpartner findet, beginnt eine rasche Bewegung. Ähnlich verhalten sich Atome auf Eisenoxid-Oberflächen: Nur mit dem richtigen molekularen Partner starten sie einen rasanten Tanz.

Das kann allerdings dazu führen, dass sie am Ende verklumpen – ein Effekt, der bei Katalysatoren großen Schaden anrichtet. An der TU Wien gelang es, die einzelnen Atome dabei zu filmen und so zu beweisen, dass Kohlenmonoxid als Partner für die rasche Bewegung und den gefürchteten Verklumpungseffekt verantwortlich ist. Die Ergebnisse wurden nun im renommierten Fachjournal „Nature Materials“ veröffentlicht.

Klumpen sind Materialverschwendung
„Metalle wie Gold oder Palladium werden oft als Katalysatoren eingesetzt um verschiedene chemische Reaktionen zu beschleunigen“, erklärt Prof. Ulrike Diebold vom Institut für Angewandte Physik der TU Wien. Wenn sich die Metallatome verklumpen, kommen die meisten von ihnen nicht mehr in Kontakt mit dem umgebenden Gas und der Katalysator-Effekt wird viel geringer. Daher untersucht Ulrike Diebolds Arbeitsgruppe, wie es bei Atomen auf einer Oberfläche zu diesem Verklumpen kommt und wie man es verhindern kann.

Theorien dazu gab es schon bisher – doch an der TU Wien gelang es nun erstmals, den Atomen tatsächlich beim Verklumpen zuzusehen. „Wir verwenden Palladium-Atome auf einer extrem sauberen Eisenoxid-Oberflächen in einem Ultrahochvakuum, wo wir dann die Atome mit einem Rastertunnelmikroskop einige Stunden lang immer wieder abbilden“, erklärt Gareth Parkinson (TU Wien). Aus diesen Bildern entsteht schließlich ein Film, in dem man den Weg der einzelnen Atome nachverfolgen kann.

Der Sky-Hook-Effekt

Auf diese Weise konnte das Forschungsteam klären, wer die Tanzpartner sind, die einzelne, still herumsitzende Palladium-Atome von ihrem Platz lösen: Es sind Kohlenmonoxid-Moleküle, die sich mit einem einzelnen Palladium-Atom verbinden. Sobald das geschieht, ist das Palladium kaum noch an den Untergrund gebunden, so als wäre es vom Kohlenmonoxid ein Stück nach oben gehoben worden. „Das nennt man den Sky-Hook-Effekt“, sagt Zbynek Novotny (TU Wien).

Kohlenmonoxid und Palladium tanzen gemeinsam blitzschnell über den Boden, bis sie mit einem anderen Palladium-Atom kollidieren. Dann bleiben die Palladium-Atome aneinander haften, nach und nach können so Cluster aus vielen Atomen wachsen.

Hydroxidgruppen gegen Verklumpung?

Nachdem es jetzt möglich ist, die Mechanismen der Katalysator-Verklumpung in Echtzeit unter dem Mikroskop zu beobachten, lassen sich diese Effekte nun ganz systematisch untersuchen: „Wir konnten feststellen, dass OH-Gruppen auf der Oberfläche den Effekt unterdrücken“, sagt Gareth Parkinson. Trifft das Palladium mit der Kohlenmonoxid-Gruppe auf seinem Tanz nicht auf ein anderes Palladium-Atom, sondern auf eine OH-Gruppe, dann bleibt es an dieser Stelle kleben und kann auch nicht mehr abgelöst werden. Möglicherweise könnte eine Beschichtung mit OH-Gruppen also eine Verbesserung von Katalysatoren möglich machen.
Rückfragehinweise:

Gareth Parkinson, PhD
Institut für Angewandte Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-13473
gareth.parkinson@tuwien.ac.at

Prof. Ulrike Diebold
Institut für Angewandte Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-13425
ulrike.diebold@tuwien.ac.at
Weitere Informationen:
http://youtu.be/cx75I5gUm-Q
Video
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2013/atomtanz/
Bilderdownload
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3667.html
Originalpublikation

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Erforschung von Elementarteilchen in Materialien
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

nachricht Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

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: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau