Erstmals mit Details: Wie giftiges Kohlenmonoxid am Katalysator zu Kohlendioxid verbrennt
Die Abbildung illustriert eine Momentaufnahme während der Reaktion von CO zu CO2, wie sie nun erstmals am SLAC gelungen ist. © SLAC National Accelerator Laboratory
Ein internationales Forschungsteam hat erstmals die flüchtigen Zwischenstufen beobachtet, die sich bilden, wenn Kohlenmonoxid auf einer heißen Ruthenium-Oberfläche, einem einfachen Katalysator, oxidiert. Sie nutzten dafür ultrakurze Röntgenblitze und Laserpulse am SLAC National Accelerator Laboratory, Menlo Park, Kalifornien. Dabei erhitzte ein Laserblitz zunächst die Ruthenium-Oberfläche und aktivierte so die absorbierten Kohlenmonoxid-Moleküle und Sauerstoff-Atome. Über Röntgenabsorptionsspektroskopie konnte das Team dann ermitteln, wie sich die elektronische Struktur der Sauerstoffatome veränderte, während sie mit Kohlenstoff-Atomen Bindungen anbahnten. Die beobachteten Übergangszustände stimmen mit quantenchemischen Berechnungen gut überein.
Überraschend war jedoch, wie viele Reaktionspartner in einen Übergangszustand aktiviert wurden – und ebenso überraschend war die Entdeckung, dass nur ein kleiner Bruchteil davon anschließend tatsächlich stabile CO2-Moleküle bildet. „Es ist so, als wenn man Murmeln einen Berg hochschießt und die meisten, die es bis oben geschafft haben, rollen einfach wieder auf der gleichen Seite herunter“, sagt Anders Nilsson, Professor am SLAC/Stanford SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis und an der Stockholm University, der das Forschungsprojekt geleitet hat.
Ein Team vom Institut für Methoden und Instrumentierung für Forschung mit Synchrotronstrahlung am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat zu diesem Forschungsprojekt am SLAC beigetragen. Die fruchtbare Zusammenarbeit wurde durch die Volkswagen-Stiftung sowie das Helmholtz Virtual Institute “Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes” ermöglicht. „Diese Ergebnisse helfen uns, eine entscheidende Reaktion an einem Katalysator zu verstehen, die auch für den Umweltschutz sehr wichtig ist“, erklärt HZB-Physiker Martin Beye.
Zur ausführlichen Presseinfo auf der SLAC-Website
Referenz: H. Öström et al., Science, 12 February 2015 (10.1126/science.1261747)
- Fünf Berliner Forschungseinrichtungen bündeln ihre Kräfte in der datengetriebenen MaterialforschungForschungsdaten gelten als Schlüssel für die Materialforschung im Zeitalter der Künstlichen Intelligenz (KI). Mit einem Memorandum of Understanding (MoU) vereinbaren fünf Berliner Forschungseinrichtungen jetzt eine langfristige Zusammenarbeit in den Bereichen Forschungsdaten, Dateninfrastrukturen und KI.
- Grüner Wasserstoff mit PEC-Elektrolyseuren: Die Transportprozesse im BlickEine Option, um die Energie des Sonnenlichts zu speichern, ist die Erzeugung von Wasserstoff in PEC-Elektrolyseuren. Die Aufskalierung dieser Technologie ist allerdings noch eine Herausforderung. Ein Team am HZB-Institut für Solare Brennstoffe hat nun mit 2D-Fluoreszenz-Bildgebung und Partikelvelozimetrie beobachtet, wie sich Ionen und gelöste Gase im Elektrolyten während der Elektrolyse bewegen. Die Einblicke sind neu und können bei der Entwicklung von größeren PEC-Elektrolyseuren nützlich sein.
- Neues Kontaktmaterial steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenEin neu entwickeltes Material für den Elektronenkontakt verbessert die Wirkungsgrade von Perowskit-Einzelsolarzellen und Perowskit/Silizium Tandemsolarzellen. Das neue Material basiert auf einem Carboran-Molekül und bietet gegenüber dem bisher genutzten Standardmaterial aus so genannten Fußballmolekülen eine Reihe von Vorteilen, zeigt die Studie, die federführend von einem Team um Steve Albrecht erarbeitet wurde. Inzwischen ist das Material patentiert und kommerziell erhältlich.