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Rastertunnelmikroskop-Bild der Eisenoberfläche mit einzelnen Goldatomen

Feinster Goldstaub der Welt

Man vermutet, dass einzelne Goldatome besonders effektive Katalysatoren wären. Eine Untersuchung der Wirksamkeit scheiterte bisher an der Geselligkeit der Goldatome, die sich meist rasch zu winzigen Klumpen verbinden. Wiener Wissenschaftern ist es nun gelungen, einzelne Goldatome auf einer Oberfläche zu fixieren.

Physik 30.05.2012

Dies könnte die Grundlage für effizientere und billigere Katalysatoren sein.

Gesellige Goldatome

Die Studie in den "Physical Review Letters":

"Synopsis: Training Catalytic Atoms to Stop Fidgeting" von Zbyněk Novotný et al.

Gold wird bereits in zahlreichen industriellen Verfahren als Katalysator eingesetzt, primär in Form von Goldpartikel in Nano-Größe, erklärte Ulrike Diebold vom TU-Institut für Angewandte Physik im Gespräch mit der APA. Ein klassisches Einsatzgebiet ist die Oxidation von giftigem Kohlenmonoxid (CO) zu Kohlendioxid (CO2). Dies wird etwa in Brennstoffzellen genutzt, wo das stark an Oberflächen bindende CO in kurzer Zeit die Funktion der Zelle einschränken würde.

Nach Angaben der Wissenschaftler gibt es starke Hinweise darauf, dass die katalytische Wirkung besonders groß ist, wenn die Goldatome einzeln vorliegen. Bisher konnte das aber nicht genau untersucht werden. "Bringt man Goldatome auf eine Oberfläche auf, ballen sie sich zu Nanopartikeln zusammen - die Wirkung einzelner Goldatome ist daher schwer zu messen", erklärte Gareth Parkinson von der TU Wien. Nur bei tiefen Temperaturen ließe sich das Zusammenballen der Goldatome verhindern, allerdings laufen dann die gewünschten chemischen Reaktionen gar nicht mehr ab.

Modellsystem für Reaktivität

Die TU-Forscher haben nun eine spezielle Eisenoxid-Oberfläche kreiert, mit der sich die einzelnen Goldatome festhalten lassen - quasi der feinste Goldstaub der Welt. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in winzigen Verzerrungen des Eisenoxid-Kristallgitters. Die Sauerstoff-Atome auf der Oberfläche sind nicht streng in geraden Reihen ausgerichtet, sondern werden durch die darunterliegenden Atome zu Schlangenlinien verformt. Dort wo sich die Sauerstoff-Reihen nahekommen, kann sich ein Goldatom dauerhaft anlagern, ohne den Halt zu verlieren und sich zusammenzuklumpen. Selbst beim Erhitzen der Oberfläche auf 400 Grad Celsius bleiben die Goldatome noch einzeln an ihrem Platz.

"Wir konnten damit ein ideales Modellsystem herstellen, mit dem man die chemische Reaktivität einzelner Atome untersuchen kann", erklärte Diebold. Sie erwartet durch die neu entwickelte Methode die Klärung wichtiger Fragen der Katalyse.

science.ORF.at/APA

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