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Forschungszentrum Jülich

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Anwendung von Synchrotronstrahlung in der Chemie

Röntgenstrahlung ermöglicht die Strukturbestimmung von kleinen Molekülen bis hin zu Polymeren und Proteinen. Die Röntgen-Kristallstrukturanalyse wird in Forschungsinstituten und Industrielaboratorien zur Charakterisierung der Produkte sowie zur Beurteilung von Synthesestrategien routinemäßig eingesetzt. Der Vorteil der Synchrotronstrahlung gegenüber Röntgenstrahlung im Labor liegt in der hohen Auflösung und den geringen Probenmengen, die für eine Analyse benötigt werden.

Da Polymere keine periodischen Strukturen bilden, kann die Röntgenbeugung nicht zur Untersuchung der mikroskopischen Struktur eingesetzt werden. Eine Alternative bildet neben der Photoelektronen-Emissions-Spektroskopie (PES) die XANES-Methode (X-ray absorption near edge structure) - die Nahkantenspektroskopie mittels Röntgenstrahlung. Durch die XANES-Technik wird entsprechend der Wahl der Anregungsenergie ein bestimmtes Element in der Probe selektiert. In der spektralen Nähe einer Absorptionskante werden Strukturen beobachtet, die von der Umgebung des untersuchten Atoms abhängen. Das heißt, die XANES-Methode arbeitet wie eine "Sonde" im Molekül, um in einem bestimmten Bereich die elektronische Struktur zu erfassen.

Gegenüber der Strukturanalyse gewinnt die "Dynamik" immer mehr an Bedeutung. So können chemische Reaktionen mit zeitaufgelöster Synchrotronstrahlung verfolgt werden. Von besonderem Interesse ist hier die Katalyse, die durch ein Verständnis der atomaren Vorgänge und Verfolgung der Reaktionsschritte effizienter und selektiver gestaltet werden kann. Elektrochemische Reaktionen (z.B. Auflösung, Abscheidung, Oxidation) an Oberflächen und Photodissoziation sind weitere Beispiele für diesen weiten Bereich.

Quelle: RWTH Aachen: Kristallographie in Mineralogie, Chemie und Physik / ESRF-Broschüre: A Light for Industry

Mehr zum Thema:

‘Live’ Observation of Interplay between Structure and Chemical Activity of a Model Catalyst

ESRF-Highlights 2005

Surface Science establishes a discipline within physics and chemistry that has evolved over the last 40 years to full maturity. Recently, the emphasis has been shifting away from static structures towards surface processes and dynamics. This is especially important in the light of the role that surface processes play in many practical phenomena and applications. A prominent example of such processes are chemical reactions at surfaces, i.e. heterogeneous catalysis. [mehr]
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