Wie die Spin-Kopplung die katalytische Aktivierung von Sauerstoff beinflusst
Ein Team am EPR4Energy-Joint lab von HZB und MPI CEC hat ein neues Verfahren der THz-EPR-Spektroskopie entwickelt, um die katalytische Aktivierung von molekularem Sauerstoff durch Kupferkomplexe zu untersuchen. © T. Lohmiller/HZB
Ein Team am EPR4Energy-Joint lab von HZB und MPI CEC hat ein neues Verfahren der THz-EPR-Spektroskopie entwickelt, um die katalytische Aktivierung von molekularem Sauerstoff durch Kupferkomplexe zu untersuchen. Die Methode erlaubt Einblicke in bisher nicht zugängliche Spin-Spin-Wechselwirkungen und die Funktion neuartiger katalytischer und magnetischer Materialien.
Molekularer Sauerstoff (O2) ist ein bevorzugtes Oxidationsmittel der Green Chemistry. Allerdings erfordert die Aktivierung von O2 und die Kontrolle seiner Reaktivität eine präzise Einstellung der Spinzustände in den reaktiven Zwischenprodukten. In der Natur wird dies durch Metalloenzyme erreicht, die O2 an Eisen- oder Kupferionen binden und Spin-Flip-Prozesse durch metallvermittelte Spin-Bahn-Kopplungen ermöglichen. Bei Dikupfer-Metalloproteinen des Typs III, die am Sauerstofftransport und an der Oxygenierung phenolischer Substrate beteiligt sind, war über den Weg, der nach der Bindung von Triplett-Sauerstoff zu einer Dikupfer-Peroxo-Schlüsselspezies mit stark stabilisiertem Singulett-Grundzustand führt, bisher nur wenig bekannt.
Durch ein ausgeklügeltes Ligandendesign ist es der Arbeitsgruppe um Prof. Franc Meyer an der Universität Göttingen nun gelungen eine Serie von Modellkomplexen zu isolieren, die das Anfangsstadium der Sauerstoffbindung an Dikupferstellen nachbilden und einen Triplett-Grundzustand aufweisen.
Ein Team am EPR4Energy-Joint lab von HZB und MPI CEC ergänzte diesen Durchbruch in der chemischen Synthese durch einen neuen Ansatz der THz-EPR-Spektroskopie. Diese Methode, die in der Gruppe von Alexander Schnegg am MPI CEC entwickelt wurde, wurde zum ersten Mal angewandt, um den funktionsbestimmenden antisymmetrischen Austausch in gekoppelten Dikupfer(II)-Komplexen zu untersuchen. Die neue Methode ermöglichte den Nachweis der Gesamtheit der Spinzustandsübergänge im System und im vorliegenden Fall die Identifikation von antisymmetrischen Austauschwechselwirkungen als effizientem Mischungsmechanismus für den Triplett-zu-Singlett-Übergang in biologisch relevanten Peroxodicopper(II)-Zwischenstufen. Thomas Lohmiller, einer der Erstautoren der Studie, erklärt: "Neben dem Erkenntnisgewinn über dieses wichtige System eröffnet unsere Methode die Möglichkeit, bisher nicht zugängliche Spin-Spin-Wechselwirkungen in einer Vielzahl neuartiger katalytischer und magnetischer Materialien zu untersuchen."
- Supraleitendes TES-Array-Röntgenspektrometer geht bei BESSY II in BetriebTeams aus HZB, MPI-CEC (Mühlheim an der Ruhr, Deutschland) und NIST (Boulder CO, USA) haben das supraleitende TES-Array-Röntgenspektrometer gemeinsam entwickelt. Jetzt ist es an BESSY II in Betrieb gegangen, als erstes und einziges Synchrotron-TES-Spektrometer in Europa. Das neue Instrument ist etwa 100- bis 1000-mal effizienter bei der Detektion von Photonen als herkömmliche Röntgenemissionsspektrometer und ermöglicht es, die elektronischen Eigenschaften atomar dünner Schichten, Nanostrukturen und hochverdünnter atomarer und molekularer Proben zu untersuchen. Das BESSY-Team freut sich auf spannende Forschungsideen aus der Nutzerschaft!
- Neue Ära für die Katalyse-Forschung: Auftaktveranstaltung zu ASCEND in Berlin, €30 Millionen FörderungAm 11. Juni 2026 fand im Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) in Anwesenheit von Bundesforschungsministerin, Dorothee Bär die Auftaktveranstaltung zu ASCEND statt (Accelerated Solutions for Catalysis using Emerging Nanotechnology and Digital Innovation). Zu den Gästen zählten u.a. der Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft, Prof. Dr. Martin Keller sowie der Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, Prof. Dr. Patrick Cramer. ASCEND bringt führende Partner aus Industrie und Forschung zusammen und wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) mit 30 Millionen Euro gefördert. Die Initiative zielt darauf ab, die Entwicklung von Katalysatoren der nächsten Generation zu beschleunigen, um nachhaltigere chemische Prozesse zu ermöglichen.
- Röntgenlicht belegt Übermalung faschistischer SymboleWährend der NS-Zeit und auch danach war Erich Mercker ein erfolgreicher Maler. Nach 1945 hat er in mindestens einem seiner Werke NS-Symbole übermalt. Dies zeigen Röntgenfluoreszenzanalysen eines Mercker-Gemäldes. Mit einem interdisziplinären Team berichtet die Physikerin Dr. Ioanna Mantouvalou im Nature-Journal Heritage Science über diese Studie.