Metallcluster spielt Superatom
Cluster aus 55 Kupfer- und Aluminiumatomen verhält sich wie ein einziges Atom.
Chemie kann teuer sein. Zum Reinigen von Abgasen beispielsweise benutzt man Platin. Das Edelmetall dient als Katalysator, der chemische Reaktionen beschleunigt. Ohne Katalysatoren wären viele Prozesse der chemischen Industrie nicht durchführbar. „Viele Forschungsgruppen experimentieren mit neuen Materialverbindungen aus kostengünstigeren, unedlen Metallen wie Eisen, Kupfer oder Aluminium. Doch bisher konnte niemand voraussagen, ob, wie und warum diese Katalysatoren reagieren“, erklärt Roland Fischer, Professor für anorganische und metallorganische Chemie der TUM. „Unser Ziel war es, diese Lücke zu schließen und die Grundlage zum Verständnis einer neuen Generation von Katalysatoren zu schaffen.“
Abb.: 43 Kupfer- und zwölf Aluminiumatome bilden einen Cluster, der die Eigenschaften eines Atoms besitzt. Das heterometallische Superatom ist das größte je im Labor hergestellte. (Bild: C. Gemel / TUM)
Zusammen mit seinem Team konnte der Chemiker jetzt ein Geheimnis der unedlen Metallverbindungen lüften. „Das Neue an unserem Ansatz war, dass wir nicht vorhandene Materialen untersucht, sondern – bottom-up – Verbindungen aus einzelnen Kupfer- und Aluminiumatomen aufgebaut haben“, berichtet Fischer.
Zwei Metalle auf atomarer Ebene zu verbinden, verlangte einiges an Know-
Die Freude der Wissenschaftler war daher groß, als sich am Boden des Reagenzglases rotschwarze Körnchen mit bis zu einem Millimeter Durchmesser bildeten. Röntgenaufnahmen brachten eine äußerst komplexe Struktur zum Vorschein: Jeweils 55 Kupfer- und Aluminiumatome sind so angeordnet, dass sie einen Kristall bilden, dessen Oberfläche aus zwanzig gleichseitigen Dreiecken besteht, ein Ikosaeder. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Kristalle chemisch wie ein einzelnes Kupfer-
Eine Erklärung für diese außergewöhnlichen Eigenschaften der Metallcluster lieferte Jean-
Das hetero-metallische Superatom des Münchner Forschungsteams, ist das größte, das je im Labor hergestellt wurde. „Dass es sich spontan, das heißt ohne Zufuhr von Energie, aus einer Lösung heraus bildet, ist ein äußerst bemerkenswertes Ergebnis“, betont Fischer. „Es zeigt, dass die Anordnung von 55 Atomen eine Insel der Stabilität darstellt und damit die Richtung vorgibt, in die die chemische Reaktion abläuft.“
Die Ergebnisse des Forschungsprojekts will der Wissenschaftler jetzt nutzen, um feinkörnige und damit hochwirksame Katalysatormaterialien zu entwickeln. „Von einer Anwendung sind wir zwar noch weit entfernt“, betont Fischer. „Aber auf der Basis des jetzt Erreichten, können wir die Eignung von Kupfer-
TUM / DE