Overgangsmetalen en non-ferrometalen zoals koper, nikkel en kobalt zijn niet alleen geschikt als materialen in engineering en technologie, maar ook voor een breed scala aan toepassingen in elektrochemie en katalyse.

Hun chemische en fysische eigenschappen zijn gerelateerd aan de bezetting van de buitenste d-orbitale schillen rond de atoomkernen. De energetische niveaus van de elektronen en hun lokalisatie of delokalisatie kunnen worden bestudeerd bij de röntgenbron BESSY II, die krachtige synchrotronstraling biedt.

Koper, nikkel, kobalt

Het team van het Uppsala-Berlin Joint Lab (UBjL) rond prof. Alexander Föhlisch en prof. Nils Mårtensson heeft nu nieuwe resultaten gepubliceerd over koper-, nikkel- en kobaltmonsters. Ze bevestigden bekende bevindingen voor koper, waarvan de d-elektronen atomair gelokaliseerd zijn, en voor nikkel, waarin gelokaliseerde elektronen naast gedelokaliseerde elektronen bestaan.

In het geval van het element kobalt, dat wordt gebruikt voor batterijen en als legering in brandstofcellen, waren eerdere bevindingen echter tegenstrijdig omdat de meetnauwkeurigheid niet voldoende was om duidelijke uitspraken te doen.

Spectroscopie gecombineerd met zeer gevoelige detectoren

Bij BESSY II heeft het Uppsala-Berlin Joint Lab een instrument opgesteld dat metingen met de nodige precisie mogelijk maakt. Om elektronische lokalisatie of delokalisatie te bepalen, wordt Auger-foto-elektronencoïncidentiespectroscopie (APECS) gebruikt.

APECS vereist de nieuw ontwikkelde "Angle Resolved Time of Flight" (ArTOF) elektronenspectrometers, waarvan de detectie-efficiëntie die van standaard hemisferische analysatoren ordes van grootte overtreft. Uitgerust met twee ArTOF-elektronenspectrometers, is het CoESCA@UE52-PGM-eindstation onder toezicht van UBjL-wetenschapper Dr. Danilo Kühn uniek wereldwijd.

Analyse van (katalytische) materialen

In het geval van het element kobalt blijkt nu uit de metingen dat de d-elektronen van kobalt als sterk gedelokaliseerd kunnen worden beschouwd. "Dit is een belangrijke stap voor een kwantitatieve bepaling van elektronische lokalisatie op een verscheidenheid aan materialen, katalysatoren en (elektro)chemische processen", benadrukt Föhlisch.

De Royal Society of Chemistry heeft het artikel geselecteerd als HOT Article 2022 omdat deze meetmethode mogelijk interesse wekt bij de bredere onderzoeksgemeenschap. Het eindstation is ook beschikbaar voor internationale gebruikers van BESSY II, die twee keer per jaar beamtime kunnen aanvragen.

Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Chemistry Chemical Physics . + Verder verkennen

Utrasnel magnetisme:elektron-fonon-interacties onderzocht bij BESSY II