Home | english  | Impressum | Sitemap | Intranet | KIT

Nature Communications: Wie Metallcluster wachsen

Die Erkenntnisse zum schrittweisen Aufbau von Metallcluster-Verbindungen könnten die Grundlage für maßgeschneiderte opto-elektronische und magnetische Materialien sein.
Wie Metallcluster wachsen
Schritt für Schritt zur vollständigen Hülle: Bildung eines Metallclusters von den atomaren Bestandteilen bis zur fertigen Verbindung. (Bild: AG Dehnen, Philipps-Universität Marburg)

Erst der Kern, dann die Schale: Forscher aus Marburg und Karlsruhe haben den schrittweisen Aufbau von Metallcluster-Verbindungen, den kleinsten Ausschnitten von Metallen in molekularer Form, verfolgt. Die Hülle formt sich schrittweise um das innere Atom und nicht indem sich das zentrale Atom erst nachträglich einnistet. Das Wissen über die Entwicklungsschritte könnte maßgeschneiderte opto-elektronische und magnetische Eigenschaften ermöglichen, wie die Forscher im Wissenschaftsmagazin „Nature Communications“ berichten.

Prozesse beim Umbau metallhaltiger Cluster konnten bisher nicht beobachtet werden

Um chemische Verbindungen gezielt synthetisieren zu können, muss man die Mechanismen kennen, die für ihre Bildung verantwortlich sind. „Rein anorganische Verbindungen sind in dieser Hinsicht weitgehend eine Blackbox“, erklären Florian Weigend vom Karlsruher Institut für Technologie und Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität Marburg. „Das gilt insbesondere für die Bildung vielkerniger Metallkomplexe, sogenannter Cluster.“ Die Prozesse beim Umbau metallhaltiger Cluster gehen so schnell vonstatten, dass es normalerweise nicht möglich ist, diese Vorgänge und die Zwischenprodukte zu beobachten.

In der aktuellen Studie verfolgte das Team die Bildung eines vielkernigen Metallclusters, indem es zunächst eine Serie von Clustern verschiedener Größe synthetisierte, die aus den Halbmetallen Germanium und Arsen bestehen. Bei den größeren Vertretern befindet sich ein Atom des Übergangsmetalls Tantal im Zentrum der Käfigmoleküle. Alles in allem zeigen die Befunde, dass sich das Übergangsmetall nicht in eine vorweg entstandene Clusterhülle einfügt, sondern dass sich die Schale des Clusters schrittweise um das Atom im Zentrum herum bildet. „Die Ergebnisse lassen sich für eine ganze Familie metallischer Clusterverbindungen verallgemeinern“, sind sich Weigend und Dehnen sicher.

Computersimulationen mit Programm TURBOMOLE

Ergänzend zu den chemischen Synthesen und Messungen in Marburg wurden für die vorliegende Studie umfangreiche Computersimulationen in Karlsruhe mit dem in großen Teilen am KIT entwickelten Quantenchemie-Programmpaket TURBOMOLE vorgenommen. Dadurch wurde es möglich die Rolle der vielen Isomere in der Reaktion aufzudecken.

Ausführliche Informationen in der Pressemitteilung des KIT


kes, 28.01.2016