Drei Augen sehen mehr als zwei

Der Forschungsgruppe Rupprechter und dem FHI Berlin gelang es, eine katalytische Reaktion auf einer definierten Katalysatoroberfläche mit drei verschiedenen Mikroskopen unter exakt gleichen Bedingungen in Echtzeit zu verfolgen. So gewinnt man Informationen, die keine der Methoden alleine preisgibt.

Konzept der korrelativen Mikroskopie und LEEM Bild der Wasserstoff Oxidation auf Rhodium.

Konzept der korrelativen Mikroskopie und LEEM Bild der Wasserstoff Oxidation auf Rhodium.

Forschungsteams des Instituts für Materialchemie und des Fritz-Haber-Instituts in Berlin nutzten einen neuartigen Ansatz, mit dem eine katalytische Reaktion gleich dreifach beobachtet werden kann. Es gelang, drei unterschiedliche Mikroskopien so zu kombinieren, dass dieselbe Stelle derselben Probe bei denselben Umgebungsbedingungen untersucht wird, man spricht dann von korrelativer Mikroskopie. Man setzte dabei drei verschiedene Elektronenmikroskopien ein: zwei verschiedene Varianten der Photoemissionselektronenmikroskopie (photoemission electron microscopy, PEEM), nämlich UV-PEEM und X-PEEM, und die niederenergetische Elektronenmikroskopie (low energy electron microscopy, LEEM). Durch diesen korrelativen Ansatz war es nun möglich, jeweils die größten Stärken der Mikroskopie-Methoden (Orts- und Energieauflösung, Gesichtsfeld, Vergrößerung bis in den Nanometerbereich) effektiv zu nutzen, und damit eine ablaufende katalytische Reaktion in nie dagewesener Detailtreue abzubilden.

So konnte man zeigen, dass sich bei der katalytischen Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser die Reaktionsfronten an der Kristalloberfläche nicht nur bemerkenswerte geometrische Muster bilden, sondern es konnte auch ein neuer Mechanismus der Ausbreitung dieser Fronten entdeckt werden. Gerade für klimarelevante Technologien, wie ökologisch saubere Energiegewinnung aus Wasserstoff in Brennstoffzellen, ist ein umfassendes Verständnis solcher Prozesse sehr wichtig.

Die Nachwuchswissenschaftler des TU Wien Teams (v.l.n.r.): Johannes Zeininger, Philipp Winkler, Maximilan Raab.

Die Nachwuchswissenschaftler des TU Wien Teams (v.l.n.r.): Johannes Zeininger, Philipp Winkler, Maximilan Raab.