Lokalisering af d-orbitale elektroner i overgangsmetaller bestemt

Overgangsmetaller og ikke-jernholdige metaller som kobber, nikkel og kobolt er ikke kun velegnede som materialer inden for teknik og teknologi, men også til en lang række anvendelser inden for elektrokemi og katalyse.

Deres kemiske og fysiske egenskaber er relateret til besættelsen af ​​de ydre d-orbitalskaller omkring atomkernerne. Elektronernes energetiske niveauer samt deres lokalisering eller delokalisering kan studeres ved røntgenkilden BESSY II, som tilbyder kraftig synkrotronstråling.

Kobber, nikkel, kobolt

Teamet fra Uppsala-Berlin Joint Lab (UBjL) omkring prof. Alexander Föhlisch og prof. Nils Mårtensson har nu offentliggjort nye resultater om kobber-, nikkel- og koboltprøver. De bekræftede kendte fund for kobber, hvis d-elektroner er atomisk lokaliseret, og for nikkel, hvor lokaliserede elektroner sameksisterer med delokaliserede elektroner.

I tilfældet med grundstoffet kobolt, som bruges til batterier og som legering i brændselsceller, var tidligere fund dog modstridende, fordi målenøjagtigheden ikke var tilstrækkelig til at give klare udsagn.

Spektroskopi kombineret med meget følsomme detektorer

På BESSY II har Uppsala-Berlin fælles laboratorium etableret et instrument, der muliggør målinger med den nødvendige præcision. For at bestemme elektronisk lokalisering eller delokalisering anvendes Auger foto-elektron koincidensspektroskopi (APECS).

APECS kræver de nyudviklede "Angle resolved Time of Flight" (ArtOF) elektronspektrometre, hvis detektionseffektivitet overstiger standard halvkugleformede analysatorer i størrelsesordener. Udstyret med to ArtOF-elektronspektrometre er CoESCA@UE52-PGM-endestationen overvåget af UBjL-forskeren Dr. Danilo Kühn unik på verdensplan.

Analyse af (katalytiske) materialer

I tilfældet med grundstoffet kobolt viste målingerne nu, at d-elektronerne i kobolt kan betragtes som stærkt delokaliserede. "Dette er et vigtigt skridt for en kvantitativ bestemmelse af elektronisk lokalisering på en række forskellige materialer, katalysatorer og (elektro)kemiske processer," påpeger Föhlisch.

Royal Society of Chemistry har valgt papiret som en HOT Artikel 2022, fordi denne målemetode kan vække interesse i det bredere forskningsmiljø. Slutstationen er også tilgængelig for internationale brugere på BESSY II, som kan ansøge om beamtime to gange om året.

Forskningen blev offentliggjort i Physical Chemistry Chemical Physics . + Udforsk yderligere

Utrafast magnetisme:Elektron-fonon-interaktioner undersøgt ved BESSY II