Das Thema der neuesten virtuellen Sonderausgabe der Zeitschrift Nanoscale der Royal Society of Chemistry konzentriert sich auf die Möglichkeiten neuer Anwendungsmethoden unter Nutzung von Großanlagen, um die Chemie von Materialien zu untersuchen. Prof. Kirsten M. Ø. Jensen (Department of Chemistry, Universität Kopenhagen), Prof. Dorota Koziej (Department of Physics, Universität Hamburg) und MPI CEC Direktorin Prof. Serena DeBeer (Abteilung für Anorganische Spektroskopie) sind Gastredakteure dieser Themenausgabe mit dem Titel "Spectroscopy and scattering for chemistry: New possibilities and challenges with large scale facilities". 

Diese Online-Sonderausgabe ist eine Sammlung von Originalartikeln und Übersichtsartikeln, die kürzlich in der RSC Nanoscale veröffentlicht wurden und neue Studien von hoher Qualität über Nanosysteme unter Verwendung von Spektroskopie- und Streuungstechniken hervorheben. Hier wurde ein besonderer Schwerpunkt auf Studien gelegt, die sich die Vorteile von in-situ- röntgen- und/oder neutronenbasierten Techniken an modernen Großanlagen wie Synchrotronen, Neutronenquellen oder Freie-Elektronen-Lasern (FEL) zunutze machen. Die neueste Generation solcher Licht- oder Teilchenquellen bietet oft eine einzigartige Gelegenheit, chemische Systeme mit hoher Energie-, Zeit- oder Raumauflösung zu untersuchen. So können Mechanismen aufgeklärt werden, die hinter katalytischen Zyklen, Gasspeicherungsprozessen und Reaktionen in Batterien oder an dünnen Schichten liegen. Die vorliegende Online-Themensammlung ist das Ergebnis eines erfolgreichen Symposiums, das von den drei Gastherausgebern während der Frühjahrstagung 2019 der European Material Research Society organisiert wurde. Die vorgestellten Forschungsarbeiten sowie die dort diskutierten Herausforderungen mit Großanlagen im Zusammenhang mit der Probenumgebung oder der Instrumentierung ermutigten die Organisatoren, die neuesten Beiträge zu sammeln, die eine Vielzahl von Methoden nutzen, die jetzt auch in der Chemie eingesetzt werden.

Dies ist bereits ein zweiter gemeinsamer Gastbeitrag von Prof. DeBeer. Im Jahr 2017 berichteten wir über die virtuelle Ausgabe der Chemistry of Materials (News 09/2017), wobei thematische Artikel zu diesem Thema auch gemeinsam mit Prof. Koziej gesammelt wurden. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Bedeutung der Entwicklung der operando-Röntgenspektroskopie funktioneller Systeme.

Die Sammlung umfasst auch eine kürzlich erschienene Publikation der DeBeer-Gruppe, die die Dry Methane Reforming (DMF)-Reaktion untersucht, bei der CH₄ und CO₂ in H₂ und CO (so genanntes Synthesegas) umgewandelt werden. Dieser Reaktion wird zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt, da Synthesegas als ein Baustein fungieren kann, der zur Produktion anderer Chemikalien, unter anderem flüssiger Brennstoffe, dient. Die Effizienz dieser Reaktion ist aufgrund unerwünschter Nebenreaktionen wie Kohlenstoffabscheidung jedoch begrenzt. Dies tritt auch in einem Ni-basierten Katalysator auf, der von Abbas Beheshti Askari, einem ehemaligen Doktoranden der DeBeer-Gruppe, in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Martin Muhler (Ruhr-Universität Bochum und Max-Planck-Fellow) und Mitarbeitern des National Synchrotron Radiation Research Center in Taiwan untersucht wurde. Wie frühere Studien zeigten, erhöht die Metalllegierung dieser Katalysatoren ihre katalytische Aktivität. Das Forscherteam konzentrierte sich auf ein solches System, wobei der Schwerpunkt auf einer Co-Legierung lag, die sich auch als das Metall erwies, das die DMR-Aktivität am effizientesten fördert. Durch die Durchführung einer kombinierten hochauflösenden Röntgenemissions- und Röntgenabsorptionsspektroskopiestudie zum Verständnis der synergistischen Wechselwirkung zwischen Co und Ni in einem solchen System untersuchte die Gruppe strukturelle und elektronische Eigenschaften in einem aktivierten und reduzierten Zustand der Katalysatoren sowie in situ unter DMR-Bedingungen. Diese Experimente zeigten deutliche Unterschiede zwischen dem reinen Ni-Katalysator und dem Ni/Co-Katalysator. Die Anwesenheit von Co moduliert die geometrische und elektronische Struktur von Ni, wobei das Ni in Anwesenheit von Co stärker oxidiert wird. Diese Studie unterstreicht das Potenzial röntgenspektroskopischer Experimente zur Untersuchung der strukturellen und elektronischen Eigenschaften katalytischer Materialien unter operando-Bedingungen.

Original Publikation: Beheshti Askari, A., al Samarai, M., Hiraoka, N., Ishii, H., Tillmann, L., Muhler, M., DeBeer, S. (2020). In situ X-ray emission and high-resolution X-ray absorption spectroscopy applied to Ni-based Bimetallic Dry Methane Reforming Catalysts Nanoscale 12(28), 15185-15192 doi: 10.1039/D0NR01960G

Editorial: Jensen, K.M. Ø., DeBeer, S., Koziej, D. (2020). Spectroscopy and scattering for chemistry: new possibilities and challenges with large scale facilities Nanoscale doi: 10.1039/D0NR90182B