de.wedoany.com-Bericht: Forscherteams des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben eine neuartige Messzelle entwickelt, die erstmals In-situ/Operando-Messungen der Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) mit weicher und harter Röntgenstrahlung bei Drücken von 20 bar und Temperaturen von 400 °C an katalytischen Reaktionen ermöglicht. Die Zelle ist für den Energiebereich weicher, mittelharter und harter Röntgenstrahlung ausgelegt und speziell für die Endstation „Operando-Absorptions- und Emissionsspektroskopie" (OÆSE) im Berliner In-situ-Labor für Energiematerialien (EMIL) konzipiert, das sich an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II befindet.
Viele industriell wichtige katalytische Reaktionen, wie beispielsweise die weltweit zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen eingesetzte Fischer-Tropsch-Synthese, laufen unter hohen Temperaturen und Drücken ab. Dr. Athanasios Skaltsogiannis, Postdoktorand im Care-O-Sene-Projekt in der Gruppe von Prof. Dr. Marcus Bär am HZB, weist darauf hin, dass die Messzelle die Untersuchung von Hochdruck-Katalyse-Gas-Feststoff-Reaktionen unter realistischen Betriebsbedingungen von bis zu 20 bar und 400 °C ermöglicht. Dr. Catalina Jimenez, wissenschaftliche Koordinatorin der Care-O-Sene-Aktivitäten am HZB, betont, dass diese Entwicklung ein wichtiger Meilenstein sei, insbesondere für weiche Röntgenstrahlung, da diese in Festkörpern und unter hohem Gasdruck deutlich stärker abgeschwächt wird als mittelharte oder harte Röntgenstrahlung. Bisher waren XAS-Messungen mit weicher Röntgenstrahlung nur bei Atmosphärendruck oder leicht erhöhtem Druck möglich, obwohl weiche Röntgenstrahlung detaillierte Informationen über die chemischen und elektronischen Eigenschaften von Proben liefern kann, die Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Übergangsmetalle enthalten.
Das Forschungsteam beschreibt den Aufbau der neuartigen Probenumgebung detailliert in der Fachzeitschrift „ACS Photon Science" und hat seine Funktionalität durch die Messung der Redoxreaktion einer Co/Mn-Dünnschicht nachgewiesen. Zu dem Team gehören Wissenschaftler der HZB-Gruppe „Probenumgebung" sowie des Instituts für Chemische Technologie und Katalyse des KIT. Die neu entwickelte Messzelle wird als ein entscheidender Fortschritt im Care-O-Sene-Projekt angesehen, da sie die Untersuchung vieler industriell relevanter katalytischer Prozesse unter realistischen Bedingungen ermöglicht.
