Wie giftiges Kohlenmonoxid am Katalysator zu Kohlendioxid verbrennt

Die Abbildung illustriert eine Momentaufnahme während der Reaktion von Kohlenmonoxid zu Kohlenstoffdioxid, wie sie nun erstmals am SLAC gelungen ist / Bildquelle: SLAC National Accelerator Laboratory

Ein internationales Forschungsteam hat erstmals die flüchtigen Zwischenstufen beobachtet, die sich bilden, wenn Kohlenmonoxid auf einer heißen Rutheniumoberfläche, 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 Rutheniumoberfläche und aktivierte so die absorbierten Kohlenstoffmonoxidmoleküle und Sauerstoffatome. Über Röntgenabsorptionsspektroskopie konnte das Team dann ermitteln, wie sich die elektronische Struktur der Sauerstoffatome veränderte, während sie mit Kohlenstoffatomen 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 Kohlenstoffdioxidmoleküle 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, so 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, eine entscheidende Reaktion an einem Katalysator zu verstehen, die auch für den Umweltschutz sehr wichtig ist.

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