30.10.2018

Atom in der Falle

Ungewöhnliches Molekül hält Kobaltatom in einer Hälfte des Käfigs gefangen.

Ein exotischer Neuzugang bereichert den Zoo der Moleküle: Chemiker aus Mar­burg, Karls­ruhe und Regens­burg haben einen Käfig aus zwölf Atomen hergestellt, in dem ein Kobalt­atom gefangen ist, das sich nur in einer Hälfte des Käfigs auf­hält. „Eine solche Struktur war bisher nie beobachtet oder vorher­gesagt worden“, erklärt Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität Marburg, die das Forschungs­vorhaben leitete.

Abb.: Das Kobalt-Atom befindet sich in einer Hälfte des molekularen Käfigs. (Bild: R. J. Wilson, U. Marburg)

Ungewöhnliche Verbindungen herzustellen, ist eine Spezialität von Stefanie Dehnen und ihrer Arbeits­gruppe. Die Struktur, die das Team jetzt vorstellt, besteht aus sechs Zinn- und sechs Antimon­atomen, die als Hülle eines länglichen Moleküls fungieren. Dieses enthält im Inneren ein einzelnes Kobaltatom, das sich aber nicht in der Mitte befindet, sondern nur eine der beiden Hälften besetzt. „Eine Cluster­struktur mit einem aus der zentralen Position ausgelenkten einzelnen Übergangs­metall­atom innerhalb eines länglichen Zwölfer-Atom­käfigs war bisher unbekannt“, erläutert Dehnens Mitarbeiter Robert J. Wilson, Erstautor des wissenschaftlichen Artikels. „Ähnliche Strukturen weisen stets eine symmetrische Besetzung der inneren Positionen auf.“

Solche Moleküle, die allein aus mehreren Sorten von Metall­atomen bestehen, nennt man inter­metalloide Cluster. „Man verspricht sich katalytische Aktivität von ihnen, da sie kleinste und damit ober­flächen­reiche Fragmente aus Metall­legierungen darstellen“, legt Dehnen dar. „Je ungewöhnlicher ihre Zusammen­setzungen und je unsymmetrischer ihre Strukturen sind, desto interessanter werden solche Cluster.“

Um mehr über das überraschende Molekül heraus­zufinden, beschränkten sich die Forscher nicht auf experimentelle Untersuchungen. „Zusätzlich stellten wir quanten­chemische Rechnungen an, um zu verstehen, warum die Struktur so aussieht, wie wir sie finden, und zu begreifen, wie sie entsteht“, führt Dehnen aus. „Unsere Berechnungen zeigen, dass es für diese oder eine ähnliche Zusammen­setzung keine andere energetisch ähnlich günstige Struktur­variante gibt“, so die Autoren.

U. Marburg / DE

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