Forscher bauen per Elektronenstrahl gezielt einzelne Moleküle auf

2. Februar 2013, 11:43
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Ionisiertes Ausgangsmoleküle wirkt aufgrund seiner Ladung stark anziehend auf Reaktionspartner

Bremen - Röntgenstrahlung zersetzt bei lebenden Zellen wichtige molekulare Bausteine und verursacht damit schwere Schäden. Ähnliches geschieht auch im technischen Bereich mit Elektronenstrahlen. Diese werden zur Untersuchung der Oberfläche von Materialien eingesetzt - etwa bei der Elektronenmikroskopie. Doch die auftretenden Strahlenschäden erschweren oft die Anwendung solcher Methoden, da sie die Probe während der Untersuchung verändern. Dass Elektronenstrahlen allerdings auch ein Werkzeug sind, um neue Materialien gezielt aufzubauen, haben jetzt Forscher an der Universität Bremen herausgefunden. Die Arbeitsgruppe von Petra Swiderek konnte nachweisen, dass sich auch chemische Synthesen, also der Aufbau von Molekülen, durch Elektronenstrahlen auslösen und kontrollieren lassen.

Elektronenstrahlen können damit - ähnlich wie Laser - eingesetzt werden, um beispielsweise gezielt die Oberfläche von Materialien chemisch zu verändern. Besonders interessant wird eine solche Technik, wenn sich die Verknüpfung zweier einzelner Ausgangsmoleküle gezielt steuern lässt, sodass alle enthaltenen Atome auch in das Produkt eingebaut werden. Im Sinne einer Atom-effizienten Synthese wird also kein Material verschwendet.

Einzelne Elektronen rausschießen

Eine solche Synthese gelingt mit Elektronenstrahlen, wenn die Elektronen eine so niedrige Energie haben, dass sie gerade in der Lage sind, ein weiteres Elektron aus einem Molekül herauszuschlagen, aber das Molekül dabei noch nicht weiter zerfällt. Dann entsteht ein positiv geladenes Molekülion, das aufgrund seiner Ladung stark anziehend auf Reaktionspartner wirkt. Damit wird eine Synthese eingeleitet, wie sie sonst nur unter Zuhilfenahme spezieller Katalysatoren zu erzielen ist.

Für Astrochemie von Bedeutung

Das Team um Swiderek konnte kürzlich erste Beispiele solcher durch Elektronenstrahlen kontrollierter Synthesen nicht nur nachweisen, sondern auch nutzen. Die Bremer Chemiker knüpften Ammoniak-Moleküle an eine dünne Kohlenwasserstoff-Schicht an und konnten so die Oberfläche mit neuen Funktionalitäten ausstatten. Derartige Synthesen sind nicht nur für die Funktionalisierung von Oberflächen von Bedeutung. Sie können möglicherweise auch zur Erklärung der strahleninduzierten Bildung von größeren Molekülen beitragen, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit der Astrochemie, das heißt der Entstehung komplexerer Moleküle im All, vermutet wird. (red, derStandard.at, 02.02.2013)

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