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Im Detail: CO-Oxidation auf Ru-Oberflächen

Wie Kohlenmonoxid am Katalysator zu Kohlendioxid verbrennt.




Abbildung: Illustration der Momentaufnahme während der Reaktion von Kohlenmonoxid CO zu Kohlendioxid CO2 auf einer Ruthenium-Oberfläche, wie sie erstmals am SLAC gelungen ist. [Bildquelle, Copyright: SLAC National Accelerator Laboratory]
CO-Oxidation auf Ru-Oberfläche

Ein internationales Forschungsteam hat erstmals die flüchtigen Zwischenstufen beobachtet, die sich bilden, wenn Kohlenmonoxid auf einer heißen Ruthenium-Oberfläche, einem einfachen Katalysator, oxidiert.

Sie nutzten dafür ultrakurze Röntgenblitze und Laserpulse am SLAC National Accelerator Laboratory, Menlo Park, Kalifornien.

Dabei erhitzte ein Laserblitz zunächst die Ruthenium-Oberfläche und aktivierte so die absorbierten Kohlenmonoxid-Moleküle und Sauerstoff-Atome. Über Röntgenabsorptionsspektroskopie konnte das Team dann ermitteln, wie sich die elektronische Struktur der Sauerstoffatome veränderte, während sie mit Kohlenstoff-Atomen Bindungen anbahnten.

Die beobachteten Übergangszustände stimmen mit quantenchemischen Berechnungen gut überein.

Überraschend war jedoch, wie viele Reaktionspartner in einen Übergangszustand aktiviert wurden - und ebenso überraschend war die Entdeckung, dass nur ein kleiner Bruchteil davon anschließend tatsächlich stabile Kohlendioxid-Moleküle bildet. "Es ist so, als wenn man Murmeln einen Berg hochschießt und die meisten, die es bis oben geschafft haben, rollen einfach wieder auf der gleichen Seite herunter", sagt Anders Nilsson, Professor am SLAC/Stanford SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis und an der Stockholm University, der das Forschungsprojekt geleitet hat.

Ein Team vom Institut für Methoden und Instrumentierung für Forschung mit Synchrotronstrahlung am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat zu diesem Forschungsprojekt am SLAC beigetragen. Die fruchtbare Zusammenarbeit wurde durch die Volkswagen-Stiftung sowie das Helmholtz Virtual Institute "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes" ermöglicht.

"Diese Ergebnisse helfen uns, eine entscheidende Reaktion an einem Katalysator zu verstehen, die auch für den Umweltschutz sehr wichtig ist", erklärt HZB-Physiker Martin Beye.


Zusatzinformationen:

H. Öström, H. Öberg, H. Xin, J. LaRue, M. Beye, M. Dell’Angela, J. Gladh, M. L. Ng, J. A. Sellberg, S. Kaya, G. Mercurio, D. Nordlund, M. Hantschmann, F. Hieke, D. Kühn, W. F. Schlotter, G. L. Dakovski, J. J. Turner, M. P. Minitti, A. Mitra, S. P. Moeller, A. Föhlisch, M. Wolf, W. Wurth, M. Persson, J. K. Nørskov, F. Abild-Pedersen, H. Ogasawara, L. G. M Pettersson und A. Nilsson:
Probing the transition state region in catalytic CO oxidation on Ru.
In: Science; online veröffentlicht am 12. Februar 2015, DOI 10.1126/science.1261747

Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

 


Aktualisiert am 13.02.2015.



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