Wien. Gold kann als Katalysator den Ablauf chemischer Reaktionen unterstützen. Diese Wirkung hängt mit der Größe der Moleküle zusammen: je kleiner die Goldpartikel, desto höher die chemische Aktivität. Nicht klar ist aber, ob dies tatsächlich bis auf Atomebene gilt und einzelne Atome am aktivsten sind. Eine solche Untersuchung scheiterte bisher an der Geselligkeit der Goldatome, die sich meist rasch zu winzigen Klumpen verbinden. Wissenschaftern der Technischen Universität (TU) Wien ist es nun gelungen, einzelne Goldatome auf einer Oberfläche zu fixieren. Ihre im Fachjournal "Physical Review Letters" veröffentlichte Arbeit könnte effizientere und billigere Katalysatoren ermöglichen.

  Gold wird bereits in zahlreichen industriellen Verfahren als Katalysator eingesetzt, primär in Form von Goldpartikel in Nano-Größe, erklärte Ulrike Diebold vom TU-Institut für Angewandte Physik im Gespräch mit der APA. Ein klassisches Einsatzgebiet ist die Oxidation von giftigem Kohlenmonixid (CO) zu Kohlendioxid (CO2). Dies wird etwa in Brennstoffzellen genutzt, wo das stark an Oberflächen bindende CO in kurzer Zeit die Funktion der Zelle einschränken würde.


Die Wirkung einzelner Atome schwer zu messen  
Nach Angaben der Wissenschafter gibt es starke Hinweise darauf, dass die katalytische Wirkung besonders groß ist, wenn die Goldatome einzeln vorliegen. Bisher konnte das aber nicht genau untersucht werden. "Bringt man Goldatome auf eine Oberfläche auf, ballen sie sich zu Nanopartikeln zusammen - die Wirkung einzelner Goldatome ist daher schwer zu messen", erklärte Gareth Parkinson von der TU Wien. Nur bei tiefen Temperaturen ließe sich das Zusammenballen der Goldatome verhindern, allerdings laufen dann die gewünschten chemischen Reaktionen gar nicht mehr ab.

  Die TU-Forscher haben nun eine spezielle Eisenoxid-Oberfläche kreiert, mit der sich die einzelnen Goldatome festhalten lassen - quasi der feinste Goldstaub der Welt. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in winzigen Verzerrungen des Eisenoxid-Kristallgitters. Die Sauerstoff-Atome auf der Oberfläche sind nicht streng in geraden Reihen ausgerichtet, sondern werden durch die darunterliegenden Atome zu Schlangenlinien verformt. Dort wo sich die Sauerstoff-Reihen nahekommen, kann sich ein Goldatom dauerhaft anlagern, ohne den Halt zu verlieren und sich zusammenzuklumpen. Selbst beim Erhitzen der Oberfläche auf 400 Grad Celsius bleiben die Goldatome noch einzeln an ihrem Platz.

  "Wir konnten damit ein ideales Modellsystem herstellen, mit dem man die chemische Reaktivität einzelner Atome untersuchen kann", erklärte Diebold. Sie erwartet durch die neu entwickelte Methode die Klärung wichtiger Fragen der Katalyse.