10.08.2022 • Atome und Moleküle

Neue Oxidationsstufe von Rhodium entdeckt

Es handelt sich um die dritthöchste bekannte Oxidationsstufe aller Elemente.

Oxidationsstufen von Übergangsmetallen beschreiben, wie viele Elektronen eines Elements bereits an Bindungen beteiligt sind und wie viele noch für weitere Reaktionen zur Verfügung stehen. Teams des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie, der FU Berlin und der Uni Freiburg haben jetzt die höchste Oxidationsstufe von Rhodium entdeckt. Das deutet darauf hin, dass Rhodium mehr Valenzelektronen in chemische Bindungen einbringen kann als bisher angenommen. Diese Erkenntnis könnte für das Verständnis von katalytischen Reaktionen mit Beteiligung von Rhodium von Bedeutung sein. Die Entdeckung einer neuen Oxidationsstufe von Rhodium ist eine Überraschung für die Forscher.

Abb.: Mit der dritthöchsten Oxidationsstufe aller Elemente springt... — Abb.: Mit der dritthöchsten Oxidationsstufe aller Elemente springt Rhodium aufs Siegertreppchen. (Bild: M. da Silva Santos et al. /Wiley-VCH)

Die Wissenschaftler mussten dafür gasförmige Rhodiumoxide herstellen und in einer Tieftemperatur-Ionenfalle von möglichen Reaktanten isolieren. Diese Art von Experimenten ist sehr anspruchsvoll und kann derzeit nur bei BESSY II durchgeführt werden. „Die Kombination aus hochspezialisierter Probenherstellung, Tieftemperatur-Ionenfalle und Röntgenspektroskopie ist einzigartig. Da diese Methoden auch auf komplexere Systeme angewendet werden können, erwarten wir weitere Erkenntnisse über exotische Übergangsmetalloxide“, sagt Vicente Zamudio-Bayer, Leiter der Ionenfallengruppe am Strahlrohr UE52-PGM, der das Ionenfallen-Experiment bei BESSY II entwickelt und betreibt.

„Wichtig für uns war, dass unsere überraschenden experimentellen Ergebnisse von der Gruppe um Sebastian Riedel an der FU Berlin mit quantenchemischen Berechnungen untermauert werden konnten“, erklärt Zamudio-Bayer. Schon Rhodium in der Oxidationsstufe +6 ist sehr selten, also mussten die Forscher bei der Charakterisierung von +7 sehr sorgfältig und genau sein. Denn neue Oxidationsstufen werden nicht häufig entdeckt.

„Dies ist die dritthöchste bekannte Oxidationsstufe aller Elemente. Die Tatsache, dass Rhodium (VII) existiert, bisher aber unbekannt war, könnte bedeuten, dass es bei der Analyse chemischer Reaktionspfade möglicherweise übersehen wurde“, so Zamudio-Bayer weiter.

Die Entdeckung von Rhodium (VII) erfolgte in der Gasphase, aber die Forscher sehen die Möglichkeit einer Stabilisierung des Kations. Das könnte Perspektiven für eine weitere Charakterisierung oder Anwendung eröffnen. Denn Rhodium (VII) ist sehr reaktiv, das Verständnis dieser exotischen Spezies könnte in Zukunft zu besseren Materialien führen.

HZB / RK