Hochempfindliche Methode zum Nachweis von Ionen-Paaren in wässriger Lösung
Robert Seidel leitet die Nachwuchsgruppe Operando Grenzflächen-Photochemie. © HZB/Setzpfandt
Die Lithiumchlorid-Lösung wurde als sehr feiner Flüssigkeitsstrahl in eine Vakuumkammer injiziert und mit weicher Röntgenstrahlung untersucht. © HZB/Setzpfandt
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrum Berlin, der Freien Universität Berlin, der Universität Heidelberg und der Universität für Chemie und Technologie Prag haben einen zuvor nur theoretisch vorhergesagten, speziellen Elektronentransfer in einer wässrigen Salz-Lösung experimentell nachgewiesen. Von den Ergebnissen erhoffen sie sich eine extrem sensitive Methode zum Nachweis von Ionenpaaren in Lösungen.
Es gelang ihnen, den sogenannten Electron-Transfer-Mediated-Decay (ETMD) zu belegen. „Der ETMD ist ein Zerfallskanal, der entsteht, wenn ein Rumpfloch in einem Molekül von einem Elektron eines benachbarten Moleküls gefüllt wird. Die dabei freiwerdende Energie wird dann zur Ionisation dieses oder eines weiteren Nachbarmoleküls verwendet“, erklärt Prof. Dr. Emad Flear Aziz.
„Dieser Zerfall ist nicht-lokal und steht damit in Konkurrenz zu dem viel häufiger vorkommenden Auger-Zerfall und dem Intermolekularen Coulomb-Zerfall (ICD)“, erläutert Koautor Dr. Robert Seidel. Bei beiden Prozessen werde das Loch jeweils durch ein Elektron desselben Moleküls gefüllt. Der ETMD-Prozess sei bereits im Jahr 2001 theoretisch vorhergesagt und 2011 erstmalig in Gasclustern nachgewiesen worden, erklärt der Physiker.
Für den ETMD-Nachweis in wässriger Lösung verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Lithiumchlorid-Salz, da bei Lithiumionen in Wasser weder der Auger- noch der ICD-Zerfall möglich sei. Auf diese Weise erhöhten sie die Wahrscheinlichkeit für den ETMD-Prozess und dessen Nachweis.
Die Messungen fanden am BESSY-II-Synchrotron mit der Liquidjet-PES-Anlage statt. Die Lithiumchlorid-Lösung wurde als sehr feiner Flüssigkeitsstrahl in eine Vakuumkammer injiziert und mit weicher Röntgenstrahlung untersucht.
„Da die Stärke des ETMD-Prozesses deutlich vom Abstand zum Nachbarmolekül beeinflusst wird, lassen sich aus der Form und der Intensität des ETMD-Spektrums Aussagen über die Ionenpaarung treffen“, erklärt Aziz. Das bedeute, dass die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit ETMD ein spektroskopisches Werkzeug zur Hand haben, mit dem sich die unmittelbare Solvathülle um ein Ion in wässriger Lösung bestimmen lasse. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden im renommierten Fachjournal Nature Chemistry veröffentlicht.
Zur Presseinfo der Freien Universität Berlin
Die Publikation: Observation of electron-transfer-mediated decay in aqueous solution
Isaak Unger, Robert Seidel, Stephan Thürmer, Marvin N. Pohl, Emad F. Aziz, Lorenz S. Cederbaum, Eva Muchová, Petr Slavíček, Bernd Winter, and Nikolai V. Kryzhevoin.
Nature Chemistry (2017). DOI: 10.1038/nchem.2727
- Helmholtz-Nachwuchsgruppe zu MagnonenDr. Hebatalla Elnaggar baut am HZB eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe auf. An BESSY II will die Materialforscherin sogenannte Magnonen in magnetischen Perowskit-Dünnschichten untersuchen. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mit ihrer Forschung Grundlagen für eine zukünftige Terahertz-Magnon-Technologie zu legen: Magnonische Bauelemente im Terahertz-Bereich könnten Daten mit einem Bruchteil der Energie verarbeiten, die moderne Halbleiterbauelemente benötigen, und das mit bis zu tausendfacher Geschwindigkeit.
Dr. Hebatalla Elnaggar will an BESSY II magnetische Perowskit-Dünnschichten untersuchen und damit die Grundlagen für eine künftige Magnonen-Technologie schaffen.
- Die Zukunft der Korallen – Was Röntgenuntersuchungen zeigen könnenIn diesem Sommer war es in allen Medien. Angetrieben durch die Klimakrise haben nun auch die Ozeane einen kritischen Punkt überschritten, sie versauern immer mehr. Meeresschnecken zeigen bereits erste Schäden, aber die zunehmende Versauerung könnte auch die kalkhaltigen Skelettstrukturen von Korallen beeinträchtigen. Dabei leiden Korallen außerdem unter marinen Hitzewellen und Verschmutzung, die weltweit zur Korallenbleiche und zum Absterben ganzer Riffe führen. Wie genau wirkt sich die Versauerung auf die Skelettbildung aus?
Die Meeresbiologin Prof. Dr. Tali Mass von der Universität Haifa, Israel, ist Expertin für Steinkorallen. Zusammen mit Prof. Dr. Paul Zaslansky, Experte für Röntgenbildgebung an der Charité Berlin, untersuchte sie an BESSY II die Skelettbildung bei Babykorallen, die unter verschiedenen pH-Bedingungen aufgezogen wurden. Antonia Rötger befragte die beiden Experten online zu ihrer aktuellen Studie und der Zukunft der Korallenriffe.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.