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)
- Nanosilber als Elektrokatalysator für die CO₂-VerwertungDurch Elektrolyse lässt sich CO2 zu CO reduzieren, einem Ausgangsstoff für weitere chemische Produkte wie beispielsweise Kraftstoffe. Im Rahmen des GreenQUEST-Projekts hat ein internationales Team um den HZB-Chemiker Prashanth Menezes Katalysatorschichten aus Silbernanopartikeln systematisch untersucht und dabei sowohl die Partikelgröße als auch deren Dichte variiert. Die beste Ausbeute wurde mit Nanopartikeln mit Durchmessern von etwa 10 nm erzielt, die locker verteilt waren. Darüber hinaus zeigten sie, wie sich die Wirtschaftlichkeit der elektrochemischen Zelle durch eine zusätzliche chemische Reaktion an der Anode verbessern lässt, indem gleichzeitig wertvolle Ameisensäure, Wasserstoff und CO erzeugt wird.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- Gemeinsame Power statt doppelter Strukturen:Die Berliner Wissenschaft treibt ihre Forschungsexzellenz durch den Aufbau einer leistungsfähigen, institutionenübergreifend nutzbaren Daten- und KI-Infrastruktur weiter voran. Mit einer am 18. September 2026 unterzeichneten gemeinsamen Vereinbarung ebnen die Berlin University Alliance (BUA), das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und das Zuse-Institut Berlin (ZIB) den Weg für ein gemeinsames Data-Science- und KI-Zentrum in Berlin-Dahlem und Adlershof.