• Springe zu Management
  • Springe zu Hauptmenü
  • Springe zu Seiteninhalt
Adlershof Logo
  • WISTA
  • WISTA.Plan
  • WISTA.Service
WISTA direkt
Suche
  • de
  • en
  • Adlershof Logo
  • Firmen / Fakten
    • Firmen­suche / Institute
    • Wissen­schafts­stadt in Zahlen
    • Anfahrt / Karten
      • Bus / Bahn
      • Autoanfahrt
      • Fahrrad
      • Orientie­rungs­pläne
      • Virtueller Rundgang Adlershof
  • Aktuelles
    • Übersicht
    • News
      • Social Media Stream
      • Ausgezeichnet
    • Termine / Veranstaltungen
      • Science Slam
      • Dissertationspreis Adlershof
      • Lange Nacht der Wissenschaften
      • Jugend forscht
      • Diversity Conference
    • Adlershof Journal
    • Top-Themen
      • Adlershof Mission "Grand Challenges"
      • Circular Economy
      • Klimaschutz
      • Digitale Infra­struktur / 5G-Campus­netz
      • Innovations­korridor Berlin-Lausitz
      • Ausbildung / Nachwuchsförderung / MINT
      • Frauen und Mädchen in der Wissenschaft
    • Fotos / Flyer / Downloads
      • Zeitschriften­archiv
    • Podcasts
    • WISTA-Redaktion
  • Wirtschaft / Wissenschaft
    • Übersicht
    • Technologie­felder
      • Photonik / Optik
      • Biotech­no­logie / Umwelt
      • Mikro­systeme / Mate­rialien
      • IT / Medien
      • Erneuer­bare Ener­gien / Photo­voltaik
      • Analytic City
    • Außeruni­versitäre Forschung
    • Univer­sitäten / Hochschulen
      • Humboldt-Universität zu Berlin
      • Services für Studierende
    • Ausbildung / Nachwuchsförderung / MINT
      • Jugend forscht
    • Gründen
      • Adlershofer Gründungs­zentrum IGZ
      • Gründungs­werkstatt Adlershof
    • Netzwerke / Management
      • Forum Adlershof e.V.
      • Campus Club Adlershof
      • Fachkräftenetzwerk Adlershof
      • WISTA Academy
      • Gesundheitsnetzwerk Adlershof
  • Film / TV
    • Film und Fernsehen
    • Firmen
    • News / Termine
    • Locations
    • Kostümverleih
    • DDR-Filmarchiv
    • Tickets
  • Immobilien
    • Übersicht
    • Immobilien mieten
      • Büroräume / Labore / Flächen
    • Grundstücke
      • Grundstücke / Gewerbe­immo­bilien
    • ST3AM Arbeitswelten / Coworking
    • Wohnprojekte
    • Bauprojekte
      • Bauvorhaben
      • Architektur
      • Webcam
  • Service
    • Übersicht
    • Gastronomie / Sport / Kultur / Einkaufen
    • Kleinan­zei­gen / Jobs
    • Gesundheit / Soziales
      • Gesundheits­netzwerk Adlershof
    • WISTA-Gründungs- und Business Services
    • Eventservice / Touren / Hotels
    • Facility Management
    • Downloads
    • Online Redaktionssystem WISTA direkt
  • Kiez
    • Übersicht
    • Geschichte
      • Der Technologiepark seit 1991
    • Landschaftspark
    • Kultur
    • Technologiepark
    • Digitale Spaziergänge
  • WISTA
  • WISTA.Plan
  • WISTA.Service
WISTA direkt

Meldungen

  • Übersicht
  • News
  • Termine / Veranstaltungen
  • Adlershof Journal
  • Top-Themen
  • Fotos / Flyer / Downloads
  • Podcasts
  • WISTA-Redaktion
  • Adlershof
  • Aktuelles
  • Meldungen
27. März 2025

Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY II

Wissenschaftler untersuchten, wie sich innovative Katalysatoren während der Ammoniak-Synthese verändern

TXM-Aufnahmen von Cu₂O-Würfeln (rosa) und metallischen Kupferpartikeln (gelb) zu unterschiedlichen Zeitpunkten zeigen, wie sich die Kupferverbindungen verändern © HZB

Anders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.

Ammoniak (NH3) ist ein Grundbestandteil von Dünger und sichert weltweit die Produktivität der Landwirtschaft. Bisher wird Ammoniak industriell mit hohem Energieaufwand über das Haber-Bosch-Verfahren synthetisiert. Dabei entstehen relevante Mengen an Treibhausgasen, die den Klimawandel vorantreiben. Mit der Entwicklung von alternativen Methoden könnte Ammoniak mit deutlich weniger Treibhausgas-Emissionen produziert werden.

Katalysatoren für die Ammoniak-Synthese mit weniger Emissionen

Dazu gibt es vielversprechende Ansätze. So hat ein Team aus dem Fritz-Haber-Institut einen Katalysator auf Basis von nanokristallinem Kupferoxid untersucht. Während der katalytischen Reaktion wandelte sich ein zunehmender Anteil dieser Nanokristalle in metallische Partikel aus reinem Kupfer um.

Neue Einblicke am Röntgenmikroskop TXM

Unter dem Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) ließen sich die morphologischen Veränderungen dokumentieren, doch um Aufschluss über die chemischen Prozesse während der Reaktion zu gewinnen, arbeitete das FHI-Team mit der Gruppe um Prof. Gerd Schneider am HZB zusammen. Das Transmissions-Röntgenmikroskop (TXM) ist weltweit einzigartig für die Katalyse-Forschung, da die Katalysatoren im gleichen Objekthalter sowohl in TEM als auch im TXM untersucht werden können, um komplementäre Informationen zur Katalyse zu gewinnen. Als Operando-Mikroskop ermöglicht das TXM auf der Nanoskala spektroskopische Daten zu ermitteln und damit eine Analyse von chemischen Prozessen und Reaktionen.

„Wir konnten zeigen, dass für längere Zeiträume sowohl Kupferdioxid- als auch metallische Kupferpartikel existieren und durch bestimmte Oberflächenhydroxid-Gruppen kinetisch stabilisiert werden“, sagt HZB-Physiker Dr. Christoph Pratsch aus dem Team um Schneider, der die TXM-Untersuchungen durchgeführt hatte.

Wechselwirkungen sind entscheidend für die Effizienz

Die Zusammensetzung dieser Mischung und die Form der entwickelten Katalysatoren hängen stark vom angelegten elektrischen Potenzial, der chemischen Umgebung und der Reaktionsdauer ab. Die Wechselwirkung zwischen dem Elektrolyten und dem Katalysator ist dabei ausschlaggebend für den Ertrag an Ammoniak und damit für die Effizienz der gewünschten Reaktion.

Ausblick: Zwei neue Röntgenmikroskope

Aktuell arbeitet das Röntgenmikroskopie-Team an der Entwicklung zweier neuer Mikroskope. Ein neues TXM wird routinemäßig vom weichen bis in den tender Röntgenbereich spektromikroskopische Untersuchung auch unter Ausnutzung der Phasendrehungen der Röntgenwellen im Objekt ermöglichen. Zudem steht ein neuartiges Raster-Röntgenmikroskop kurz vor der Fertigstellung: „Hier werden wir über die Messung der Elektronenemission sowohl Prozesse im Inneren als auch an den Oberflächen von Katalysatoren unterscheiden können“, erläutert Gerd Schneider. Zusätzlich können mittels Röntgenfluoreszenz die Elementverteilungen in nanoskaligen Katalysatoren gemessen werden. Die neuen Mikroskope können bereits an BESSY II genutzt werden. Aber ihr volles Potenzial werden sie erst an der Nachfolgequelle BESSY III entfalten, die 2035 in Betrieb gehen soll. Dann werden die beiden neuen Instrumente noch weitaus tiefere Einblicke in katalytische Abläufe ermöglichen.

Weitere Informationen:

Presseinfo des Fritz-Haber-Instiuts zum “Geheimen Leben der Katalysatoren”

Publikation:

Nature materials (2025): Revealing catalyst restructuring and composition during nitrate electroreduction through correlated operando microscopy and spectroscopy
Aram Yoon, Lichen Bai, Fengli Yang, Federico Franco, Chao Zhan, Martina Rüscher, Janis Timoshenko, Christoph Pratsch, Stephan Werner, Hyo Sang Jeon, Mariana Cecilio de Oliveira Monteiro, See Wee Chee & Beatriz Roldan Cuenya
DOI: 10.1038/s41563-024-02084-8

Kontakt:

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Abteilung Röntgenmikroskopie

Dr. Christoph Pratsch
+49 30 8062-13177
christoph.pratsch(at)helmholtz-berlin.de

Dr. Stephan Werner
+49 30 8062-13181
stephan.werner(at)helmholtz-berlin.de

Prof. Dr. Gerd Schneider
+49 30 8062-13131
gerd.schneider(at)helmholtz-berlin.de

  

Pressemiteilung HZB vom 27.03.2025

Außeruniversitäre Forschung Analytik Mikrosysteme / Materialien Photonik / Optik Grand Challenges

Meldungen dazu

  • Antje Vollmer, BESSY II-Sprecherin und Projektleiterin des Projekts BESSY II+

    Modernisierung der Röntgenquelle BESSY II

    Helmholtz-Zentrum Berlin stellt das Upgrade-Programm BESSY II+ vor
  • Nanotomographischen Aufnahmen eines LRTMO-Teilchens vor dem ersten Ladezyklus und nach 10 Ladezyklen © HZB

    Batterieforschung mit dem HZB-Röntgen­mikroskop

    Durch Experimente an BESSY II konnten chemische Veränderungen in Lithium-Ionen-Akkus aufgeklärt werden
  • Varianten von Nano-Diamant-Materialien © T. Kirschbaum / HZB

    Photokatalysatoren auf Basis von Nanodiamanten mit Sonnenlicht aktivierbar

    Forschungsteam am HZB untersuchte Nanodiamant-Materialien, die künftig bei der Umwandlung von CO₂ in Kohlenwasserstoffe oder von N₂ in Ammoniak helfen könnten
  • Gerd Schneider, Leiter der Arbeitsgruppe Mikroskopie am HZB, am Röntgenmikroskop. Bild: © Adlershof Special

    Tiefere Einblicke mit Röntgenlicht

    BESSYs Röntgenmikroskop erlaubt räumliche Auflösungen bis zu zehn Nanometern

Verknüpfte Einrichtungen

  • Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Elektronenspeicherring BESSY II
  • LinkedInmitteilen0
  • Facebookteilen0
  • WhatsAppteilen0
  • E-Mail

Die Entwicklung des Wissenschafts- und Technologieparks Berlin Adlershof wurde und wird co-finanziert durch die Europäische Union mit EFRE-Mitteln; insbesondere Infrastrukturmaßnahmen wie der Bau von Technologiezentren. EFRE-Mittel werden auch für internationale Projekte verwendet.

  • © WISTA Management GmbH
  • Impressum
  • Datenschutz
  • Social-Media-Übersicht
  • FAQ
  • Kontakt
  • Presse
  • Newsletter
  • RSS
  • Werbung
  • International
Mitglied bei:
Zukunftsort Adlershof Logo