Если слепой ощупывает ногу слона, он может сделать вывод о животном. И, возможно, напрашивается вывод, что слон устроен как колонна. Это не неправильно, но и не вся история.
То же самое и с методами измерения: они очень хорошо показывают один аспект, а другие — нет. Теперь группе HZB Института методов разработки материалов, возглавляемой профессором Эмадом Азизом, удалось объединить два разных метода таким образом, чтобы получить практически полную картину электронных состояний и взаимодействий молекулы в водном растворе.
Простая модельная системаКатион гексааква (II) [Fe (H2O) 6] 2+ служил моделью.
Он состоит из центрального атома железа с шестью молекулами воды, расположенными симметрично относительно него, и хорошо изучен. Группа теоретиков во главе с Оливером Куном из Университета Ростока смогла заранее вычислить электронные состояния и возможные возбуждения для этой системы, так что предсказания можно было всесторонне проверить на эмпирических данных.
Изучение L-ребра двумя методами«Первичное мягкое рентгеновское излучение, генерируемое BESSY II, идеально подходило для исследования L-кромки, как она известна», — объясняет Ронни Голнак, проводивший эксперименты во время своей докторской учебы. L-край обозначает энергетическую область, в которой находятся важные электронные состояния переходных металлов, таких как железо: от электронов в 1s и 2p-оболочках около ядра до валентных электронов в 3d-оболочках.
Электроны из 2p-оболочек кратковременно переводятся в более высокие состояния с помощью импульсов рентгеновского излучения. Эти возбужденные состояния могут распадаться двумя разными путями: либо путем испускания света (радиационная релаксация), который можно анализировать с помощью рентгеновской флуоресцентной спектроскопии (XRF), либо вместо этого путем испускания электронов (безызлучательная релаксация), которые можно измерить с помощью фото- электронная спектроскопия в результате эффекта Оже (AES).
Применение этих методов анализа к жидким образцам или образцам в растворе стало возможным только в последние несколько лет благодаря развитию технологии микроструйной печати.Объединение результатовВзаимодействие между релаксационными каналами возбужденных 3d-валентных орбиталей в железе и его более прочно связанными 3p- и 3s-орбиталями теперь проанализировано для гексааквакомплекса.
Объединение результатов процессов радиационной и безызлучательной релаксации позволило получить полную картину заполненных и незаполненных уровней энергии.Новое понимание катализаторов и энергетических материалов«Наши результаты важны для интерпретации рентгеновских спектров и улучшения нашего понимания электронных взаимодействий между комплексами в растворе и окружающим растворителем для каталитических и функциональных материалов», — говорит ученый HZB Бернд Винтер.
Азиз добавляет: «Эксперты скептически относились к тому, сработает ли наш экспериментальный подход. Теперь мы продемонстрировали это. Естественно, мы будем проводить такие измерения и на дополнительных системах, особенно с катализаторами, которые играют ключевую роль в физической химии. энергетических материалов, а также в биологических процессах ».