Reitende Moleküle

  • 05. October 2016

Carben-Moleküle ordnen sich auf einer Goldoberfläche selbstständig an.

Viele Wissen­schaftler richten derzeit ihr Forschungs­interesse auf eine Klasse von Kohlen­stoff-Verbin­dungen, die für die gezielte Veränderung von Ober­flächen und für die Steuerung kata­lytischer Reaktionen wichtig sind. Über das Verhalten dieser Moleküle, Carbene genannt, ist jedoch wenig bekannt. Chemikern und Physikern der West­fälischen Wilhelms-Universität Münster WWU gelang es nun, eine neue und völlig unerwartete Eigen­schaft der Carbene aufzuklären. Sie zeigten, wie es diesen Molekülen gelingt, sich selbst zu ordnen und stabile Filme zu bilden.

Abb.: Ein Carben-Molekül bindet an ein Gold-Atom und hebt es aus der Oberfläche. Links: Das Carben-Molekül kann nun frei rotieren. Rechts: Das Carben-Molekül gleitet über die Oberfläche. (Bild: H. Fuchs / WWU)

Abb.: Ein Carben-Molekül bindet an ein Gold-Atom und hebt es aus der Oberfläche. Links: Das Carben-Molekül kann nun frei rotieren. Rechts: Das Carben-Molekül gleitet über die Oberfläche. (Bild: H. Fuchs / WWU)

Die Wissen­schaftler untersuchten Carben-Moleküle auf einer Gold­oberfläche. Mithilfe der Raster­tunnel­mikroskopie konnten die Physiker im münsterschen Center for Nano­Technology (CeNTech) erstmals Carbene mit mole­kularer Auflösung abbilden. Chemiker der Arbeits­gruppe von Frank Glorius vom Organisch-Chemischen Institut der WWU hatten die Carbene zuvor hergestellt.

„Über­raschend zeigte sich, dass sich die Carben-Moleküle auf der Goldoberfläche von selbst ordneten, was eine hohe Beweg­lichkeit voraussetzt“, berichtet Harald Fuchs vom Physi­kalischen Institut der WWU, wissenschaftlicher Leiter des CeNTech. Für die Forscher war dies eine uner­wartete Entdeckung, denn Carbene sind Moleküle, die stabile Filme bilden und so die darunter­liegende Metall­oberfläche vor äußeren Einflüssen schützen, also beispiels­weise Korrosion verhindern. „Wir waren davon ausgegangen, dass diese Moleküle daher fest und unver­rückbar an die Gold­oberfläche binden. Statt­dessen haben wir gesehen, dass sich bestimmte Carbene bewegen und dicht zusammen­lagern“, erläutert Frank Glorius.

Einerseits fest mit der Ober­fläche verbundene Filme, anderer­seits bewegliche Moleküle – diesen scheinbaren Widerspruch klärte der Forscher­verbund durch Unter­suchungen mit dem Raster­tunnel­mikroskop, gezielte chemische Verän­derungen an den Carbenen und theore­tische Simula­tionen. Das Team zeigte: Die verwendeten Carbene („N-hetero­cyclische Carbene“) gehen zwar eine feste chemische Verbindung mit einzelnen Atomen aus der Gold­oberfläche ein. Sie lösen diese Gold-Atome aber heraus und gleiten auf ihnen über die Ober­läche.

„Durch die Bindungs­kräfte der Gold-Atome unter­einander bleiben die Jockey-Carbene auf der Oberfläche, sind aber auf ihr mobil und lagern sich zu geordneten Filmen zusammen. Das Prinzip ist ähnlich wie bei einer Vorhang­schiene: Die Vorhang­röllchen können sich zwar entlang der Schiene bewegen, können sich aber nicht von ihr lösen“, veran­schaulicht Harald Fuchs. Die Forscher hoffen, dass ihre Entdeckung in Zukunft technisch nutzbar ist. Sie könnte beispiels­weise helfen, verbes­serte Elektroden zu entwickeln oder chemische Kata­lysatoren zu optimieren, was für die Industrie wichtig ist.

WWU / JOL

Share |

Newsletter

Haben Sie Interesse am kostenlosen wöchentlichen oder monatlichen pro-physik.de-Newsletter? Zum Abonnement geht es hier.

COMSOL NEWS 2018

COMSOL Days

Lesen Sie, wie Ingenieure in einer Vielzahl von Branchen präzise digitale Prototypen erstellen, um die Grenzen der Technologie zu überschreiten und den Bedarf an physischen Prototypen zu reduzieren, sowie Simulationsanwendungen zu erstellen, mit denen Kollegen und Kunden weltweit neue Ideen testen können.

comsol.de/c/7bzn

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer