Ein Durchbruch auf dem Gebiet der Edelmetall-Oxo Chemie ist Wissenschaftler:innen der Jacobs University Bremen um Dr. Ulrich Kortz, Professor für Chemie, gelungen. Denn erstmals haben Forschende kationische, also positiv geladene Metall-Oxo-Cluster auf Basis von Palladium synthetisiert. Über die Synthese und die Eigenschaften dieser Verbindungen berichten sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie, die den Artikel als „Hot Paper“ und damit als besonders wichtigen Beitrag klassifiziert. An dem Forschungsprojekt waren die Arbeitsgruppen von vier Professoren der Jacobs University beteiligt.

Kortz ist ein Pionier auf dem Forschungsgebiet der anionischen Metall-Oxo Cluster, einer Verbindungsklasse, die auch als Polyoxometalate (POMs) bezeichnet wird. Seine Arbeitsgruppe entdeckte die Unterklasse der Polyoxopalladate (POPs) im Jahr 2008 und entwickelt sie seitdem kontinuierlich weiter. Inzwischen wurde eine Vielzahl dieser strukturell und funktionell interessanten Verbindungen publiziert. Diese Verbindungen sind in erster Linie anionisch, das heißt, sie sind negativ geladen. In 2020 entwickelte Dr. Saurav Bhattacharya, ein erfahrener Forscher in der Arbeitsgruppe von Professor Kortz, erstmals eine Reihe von neutralen POP-Spezies, was seinerzeit ein Durchbruch war. Nun haben seine fortgesetzten Bemühungen zur Entdeckung von zwei kationischen Palladium-Oxo-Clustern (POCs) geführt.

„Das ist ein Höhepunkt in unserer Forschung. Durch den Einbau der Seltenen Erdelemente Cerium oder Thorium neben Palladium konnten wir die ersten kationischen POCs herstellen. Dies erlaubt es nun, deren Interaktionen mit anderen anionischen Spezies zu untersuchen. Damit stoßen wir in ganz neue Forschungsbereiche vor“, sagt Kortz. Die neuen Materialien verfügen über eine Reihe von potentiell interessanten Eigenschaften. So können biomedizinische Studien durchgeführt werden, in denen die supramolekulare Wirt-Gast Chemie eine wichtige Rolle spielt. Ziel ist es beispielsweise, medizinisch wirksame Stoffe gezielt in den Körper zu transportieren. Mögliche Anwendungen könnten auch im Bereich der Reduktion von Kohlendioxid und der industriellen Katalyse liegen.

Von ihrer Molekülstruktur sind die kationischen Palladium-Oxo-Cluster aufgebaut wie eine Matroschka-Puppe. Der Kern besteht aus einer 6-Palladium(II)-Oxo Einheit, die von acht Cerium(IV) bzw. Thorium(IV) Ionen umgeben wird. Diese Anordnung wird weiterhin von 16 Dimethylarsinat Gruppen und acht Wassermolekülen verkappt, resultierend in der Formel [Pd6O12M8{(CH3)2AsO2}16(H2O)8]4+ (M = Ce, Th).

Um einige Eigenschaften der neuen Verbindungsklasse zu untersuchen, hat Ulrich Kortz auch die Expertise weiterer Wissenschaftler:innen der Jacobs University hinzugezogen. Beteiligt an den Studien waren die Arbeitsgruppen der Chemiker Professor Dr. Werner Nau und Professor Dr. Nikolai Kuhnert sowie des Physikers Professor Dr. Veit Wagner. „Eine der Stärken der Jacobs University ist das gemeinsame Interesse der Kollegen:innen an engen, Disziplin übergreifenden und kollegialen Kollaborationen“, sagt Kortz. „Unsere Labore liegen räumlich nah beieinander, wir kennen und ergänzen uns gut.“ Ebenfalls beteiligt war der Chemiker Professor Dr. Pawel Kulesza von der Universität Warschau, Polen.