Freiburger Wissenschaftlerin entdeckt neue Oxidationsstufe von Rhodium

Mayara da Silva Santos, Doktorandin am Physikalischen Institut der Universität Freiburg, hat eine neue Oxidationsstufe des Rhodiums entdeckt. Das chemische Element findet als eines der katalytisch wichtigen Platinmetalle zum Beispiel in Autokatalysatoren Verwendung. Rhodium ist eigentlich bereits gut untersucht. Bei der seltenen Entdeckung einer überraschend hohen Oxidationsstufe half ein neuer Ansatz: Im Rahmen ihrer Doktorarbeit untersucht da Silva Santos ungewöhnliche Übergangsmetalloxide. Ihre Entdeckung des so genannten Rhodium(VII) ist in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ publiziert worden.

Oxide in einer Ionenfalle

„Entdeckungen sind immer spannend”, sagt die Freiburger Chemikerin: „Unsere Oxide sind hochreaktiv, könnten aber eine wichtige Rolle als reaktive Zwischenstufen spielen.“ Weil diese sehr kurzlebig sind, lassen sie sich in chemischen Reaktionen nur schwer beobachten. „Wir konnten die Oxide in einer speziellen Ionenfalle bei tiefen Temperaturen über längere Zeit speichern und so in Ruhe untersuchen.”

Dritthöchste Oxidationsstufe aller Elemente

Dieser interdisziplinäre Ansatz, der sowohl Physik und Chemie als auch Experiment und Theorie verbindet, sei für den Erfolg ausschlaggebend gewesen, sagt Prof. Dr. Tobias Lau, Professor am Physikalischen Institut der Universität Freiburg: „Das Zusammenspiel der unterschiedlichen Disziplinen hat sehr bei der Probenherstellung, Massenspektrometrie, Röntgenspektroskopie und Datenauswertung geholfen.”

Eine wichtige Erkenntnis dieser fachübergreifenden Arbeit besteht darin, dass bei Rhodium mehr Valenzelektronen als bisher gedacht an chemischen Bindungen teilnehmen können und dass Rhodium die dritthöchste Oxidationsstufe aller Elemente annehmen kann. Diese höchste Oxidationsstufe von Rhodium – Rhodium(VII) – war bislang unbekannt, könnte aber in chemischen Reaktionen eine Rolle spielen.

Faktenübersicht:

• Originalpublikation: M. da Silva Santos, T. Stüker, M. Flach, O. S. Ablyasova, M. Timm, B. von Issendorff, K. Hirsch, V. Zamudio-Bayer, S. Riedel, J. T. Lau, The Highest Oxidation State of Rhodium: Rhodium(VII) in [RhO₃]⁺, Angew. Chem. Int. Ed. e202207688 (2022). DOI:10.1002/anie.202207688
• Das Forschungsprojekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Graduiertenkollegs 2717 „Dynamik kontrollierter atomarer und molekularer Systeme (DynCAM)“ an der Universität Freiburg gefördert und an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin durchgeführt. Rechnungen fanden an der Freien Universität Berlin statt.
• Mayara da Silva Santos ist anorganische Chemikerin und Doktorandin im Fachgebiet Cluster und Synchrotronspektroskopie am Physikalischen Institut der Universität Freiburg sowie Mitglied der Abteilung Hochempfindliche Röntgenspektroskopie am Helmholtz-Zentrum Berlin. Prof. Dr. Tobias Lau ist Professor für Experimentalphysik an der Universität Freiburg und Abteilungsleiter am Helmholtz-Zentrum Berlin. Ihr Forschungsinteresse richtet sich auf elektronische und magnetische Eigenschaften von Metallzentren in kleinen Clustern und Koordinationskomplexen sowie auf die Entwicklung neuer Methoden für die Röntgenspektroskopie.