Eine effektive Quelle für niederenergetische Elektronen entdecken
Bei in Wasser oder flüssigem Ammoniak gelösten niederenergetischen Elektronenpaaren handelt es sich um starke Reduktionsmittel, die anspruchsvolle Reduktionsreaktionen hervorrufen. Sie können jedoch auch Strahlenschäden an biologischem Gewebe verursachen. Es wurden in der Wissenschaft zwar viele Hypothesen über solche solvatisierten Dielektronen aufgestellt, doch das Wissen über die beteiligten Prozesse ist weiterhin unvollständig. Forschende, die zum Teil durch das EU-finanzierte Projekt eDrop unterstützt wurden, haben nun einen Entstehungs- und Zerfallsprozess des solvatisierten Dielektrons entdeckt. Das Team führte Experimente an der DESIRS-Strahlführung in der Synchrotron-Anlage SOLEIL in Frankreich durch. Bei diesen Experimenten fanden sie direkte Beweise dafür, dass diese Elektronenpaare durch Anregung mit ultraviolettem (UV) Licht in winzigen Ammoniaktröpfchen entstehen, die ein einzelnes Natriumatom enthalten. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht. Hier konnten Forschende erstmals den ungewöhnlichen Prozess beobachten, der bei der Entstehung von Dielektronen durch Anregung mit UV-Licht in winzigen Ammoniaktröpfchen mit einem Natriumatom stattfindet. Wie in einer Pressemitteilung auf „EurekAlert!“ beschrieben, bewegt sich bei diesem Prozess eines der beiden Elektronen zu den benachbarten Molekülen des Lösungsmittels und das andere Elektron wird abgestoßen. „Erstaunlich daran ist, dass ähnliche Prozesse bisher vor allem bei viel höheren Anregungsenergien beobachtet wurden“, bemerkt der Hauptautor der Studie, Dr. Sebastian Hartweg, der zunächst in der Synchrotron-Anlage SOLEIL tätig war und jetzt an der Universität Freiburg angestellt ist.
Alles hängt vom abgestoßenen Elektron ab
Die Forschenden konzentrierten sich auf das zweite, abgestoßene Elektron, weil es interessante Anwendungsmöglichkeiten bietet. Da dieses Elektron mit sehr geringer kinetischer Energie erzeugt wird, bewegt es sich sehr langsam. Außerdem kann diese Energie durch die Intensität des UV-Lichts, das den gesamten Prozess in Gang setzt, kontrolliert werden. Solvatisierte Dielektronen könnten somit eine gute Quelle für niederenergetische Elektronen sein, die eine Vielzahl von chemischen Prozessen auslösen können. Wie in der Pressemitteilung beschrieben, können sie an biologischem Gewebe Strahlenschäden verursachen, aber auch als wirksame Reduktionsmittel in der synthetischen Chemie dienen. Die selektive Erzeugung langsamer Elektronen mit variabler Energie könnte zukünftig eine genauere Untersuchung der Mechanismen solcher chemischer Prozesse erlauben. Darüber hinaus könnte die den Elektronen kontrolliert zugeführte Energie auch für effektivere Reduktionsreaktionen genutzt werden. „Das sind interessante Perspektiven für mögliche Anwendungen in der Zukunft“, so Dr. Hartweg. „Mit unserer Arbeit bilden wir dafür die Grundlage und tragen dazu bei, diese exotischen und immer noch rätselhaften solvatisierten Dielektronen ein wenig besser zu verstehen.“ eDrop (Droplet Photoelectron Imaging) wird von der öffentlichen Forschungshochschule ETH Zürich koordiniert. Das Projekt endet im Oktober 2024. Weitere Informationen: eDrop-Projekt
Schlüsselbegriffe
eDrop, Dielektron, solvatisiert, Ammoniak, Elektron, niederenergetisches Elektron
