Die Rolle einer Art "Ordner" in den relativ ungeordnet ablaufenden chemischen Reaktionen in einem Katalysator konnten Wiener Forscher mit einer neuen Methode erstmals näher charakterisieren. Im Fachblatt "Nature Communications" zeigten sie, wie sogenannte "Promotoren" aus Lanthan jene Stellen eines Katalysators beeinflussen, die als teils widerstreitende Taktgeber für die Abläufe fungieren.

"Promotoren", winzige Spuren anderer Substanzen, machen Katalysatoren richtig effektiv, sind aber schwer zu untersuchen. Das Team um Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der Technischen Universität (TU) Wien hat in den vergangenen Jahren Methoden entwickelt, mit denen man einzelne Nanopartikel direkt während der chemischen Reaktion beobachten und Änderungen der Aktivität an verschiedenen Stellen feststellen kann. Dabei wurde gezeigt, dass sich unterschiedliche Abschnitte der Nanopartikel-Oberfläche unterschiedlich verhalten. Sie oszillieren zwischen einem aktiven und einem inaktiven Zustand.

Bestimmte Abschnitte sind besonders effiziente Taktgeber und steuern auch die chemischen Oszillationen anderer Stellen. In der aktuellen Untersuchung wurde die Rolle von Lanthan-Promotoren bei der Wasserstoff-Oxidation beobachtet. Als Katalysator kamen Rhodium-Nanospitzen zum Einsatz, die sich wie Nanopartikel verhalten. Durch die Platzierung einzelner Lanthan-Atome auf der Oberfläche eines Rhodium-Nanopartikels konnte ein und derselbe Partikel einmal mit und einmal ohne Promotor vermessen werden.

Es zeigte sich, dass zwei Oberflächenbereiche des Katalysators Taktgeber sind und ihre Interaktion vom Promotor gesteuert wird. Die winzige Menge Lanthan veränderte die Kopplung zwischen den unterschiedlichen Bereichen des Nanopartikels und konnte bestimmte Taktgeber selektiv ausschalten. "Stellen wir uns vor, ein Orchester hat zwei Dirigenten - da werden wir ziemlich komplexe Musik zu hören bekommen. Der Promotor sorgt dafür, dass es nur noch einen Taktgeber gibt, dadurch wird die Situation einfacher und geordneter", so Johannes Zeininger, der an den Experimenten beteiligt war. Zusätzlich zu den Messungen wurde auch ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem man die Kopplungen simulieren kann.

Service: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43026-3