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Wie man Gold beibringt, rechts und links zu unterscheiden

Chemikerin der TU Wien mit einem Elise-Richter-Stipendium ausgezeichnet: Sie forscht an Katalyse mit winzigen Goldclustern

Technische Universität Wien

Chemikerin Noelia Barrabés

17.07.2020: Winzig kleine Goldpartikel, die nur aus wenigen Atomen bestehen, kann man als Katalysatoren für wichtige chemische Reaktionen verwenden. Noelia Barrabés vom Institut für Materialchemie der TU Wien forscht seit Jahren an neuen Methoden, solche winzigen Goldcluster anzupassen und genau zu kontrollieren. Nun wurde sie mit einem Elise-Richter-Stipendium ausgezeichnet.

Mit diesem Stipendium wird sie Goldcluster nun verwenden, um eine besonders schwierige chemische Aufgabe zu lösen: Von manchen Molekülen gibt es auch eine Spiegelbild-Variante, bei der rechts und links vertauscht ist. Normalerweise ist es extrem schwierig, nur eine dieser beiden Varianten herzustellen. Speziell behandelte Goldcluster sollen nun dabei helfen.

Perfekte Kontrolle über Goldpartikel

Dass Gold als Katalysator genutzt werden kann, um wichtige chemische Reaktionen in Gang zu setzen, ist schon länger bekannt. Besonders effizient lässt sich Gold als Katalysator verwenden, wenn man es in Form winziger Partikel auf einer Oberfläche fixiert, wie kürzlich im Fachjournal ACS Catalysis demonstriert. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Größe der Goldcluster. „Normalerweise hat man es mit Goldclustern unterschiedlicher Größe zu tun, die auch unterschiedliche Eigenschaften haben“, erklärt Noelia Barrabés. „Bei uns ist das anders: Wir haben Methoden entwickelt, die Größe der Goldcluster exakt festzulegen. Alle Cluster bestehen aus genau der gleichen Zahl von Atomen.“

An diesen Goldclustern können sich verschiedene Moleküle anlagern – sie bezeichnet man als Liganden. „Diese Liganden haben einen ganz entscheidenden Einfluss auf das chemische Verhalten der Goldcluster“, sagt Noelia Barrabés. „Wir mussten daher auch Methoden entwickeln, die Liganden genau zu kontrollieren.“ So kann man beispielsweise die Goldcluster zunächst in einer flüssigen Umgebung herstellen, dann auf einer festen Oberfläche fixieren und anschließend ihre Liganden gezielt austauschen. Diese Technik wurde vor kurzem im Journal Nanoscale publiziert und dort auch am Back Cover des Magazins vorgestellt.

Das Molekül und sein Spiegelbild

Wie Noelia Barrabés kürzlich zeigen konnte, eröffnet das eine ganz besonders interessante Möglichkeit: Man kann nämlich sogenannte „chirale Liganden“ verwenden, die ebenfalls in Bild- und Spiegelbild-Variante existieren.

„Wenn man ein Molekül synthetisiert, von dem es auch eine Spiegelbild-Version gibt, dann erzeugt man meist beide Varianten gleichzeitig“, erklärt Prof. Günther Rupprechter, Vorstand des Instituts für Materialchemie. „Schließlich bestehen beide Moleküle genau aus denselben Atomen und haben den gleichen prinzipiellen Aufbau.

Noelia Barrabés möchte nun im Rahmen ihres Elise-Richter-Stipendiums zeigen, dass es mit speziellen Liganden auf den Goldclustern möglich ist, selektiv nur eine der beiden Varianten herzustellen.“ Der spezielle Fokus liegt darauf, das mit Goldclustern durchzuführen, die auf einer Oberfläche fixiert sind – ein derzeit noch kaum angewandtes und wenig untersuchtes Verfahren, das jedoch bei erfolgreicher Umsetzung große Vorteile gegenüber den herkömmlichen Methoden hätte.  

Speziell für Anwendungen in der Medizin kann der Unterschied zwischen einem Molekül und seinem Spiegelbild eine wichtige Rolle spielen: „Wir wissen, dass unser Körper auf bestimmte Moleküle ganz anders reagiert als auf die gespiegelte Version. Im Extremfall kann die eine Variante heilen und die andere krank machen“, erklärt Noelia Barrabés.

Originalveröffentlichung:
"The dynamic structure of Au38(SR)24 nanoclusters supported on CeO2 upon pretreatment and CO oxidation"; S. Pollitt, V. Truttmann, T. Haunold, C. Garcia, W. Olszewski, J. Llorca, N. Barrabés*, G. Rupprechter; ACS Catalysis; 10 (2020) 6144−6148.
"Ligand engineering of immobilized nanoclusters on surfaces: Ligand exchange reactions with supported Au11(PPh3)7Br3"; V. Truttmann, C. Herzig, I. Illes, A. Limbeck, E. Pittenauer, M. Stöger-Pollach, G. Allmaier, T. Bürgi, N. Barrabés*, G. Rupprechter; Nanoscale; 12 (2020) 12809-12816.

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