Berlin/Graz - Wie sich ein Protonentransfer innerhalb eines einzigen Moleküls mit Hilfe einzelner Atome und Moleküle in seiner Nähe kontrollieren lässt, hat ein internationales Forschungsteam rund um Experten des Fritz-Haber-Instituts in Berlin und des Instituts für Chemie der Universität Graz herausgefunden. Die Studie wurde im Journal "Nature Chemistry" veröffentlicht.

Der Einfluss der atomaren Umgebung jedes einzelnen Moleküls auf chemische Prozesse ist zum Beispiel in der Katalyse von fundamentaler Bedeutung. Einzelne funktionale Moleküle steuern zu können, könnte aber auch in der molekularen Elektronik zum Einsatz kommen. "Ihr Vorteil ist, ihre Schaltkreise sind nicht nur extrem klein, sondern auch billig und extrem schnell und sie brauchen sehr wenig Energie", sagte Leonhard Grill von der Grazer Uni.

Molekül auf Kupferoberfläche

Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops untersuchten die Forscher, wie der chemische Prozess innerhalb eines einzelnen Porphycen-Moleküls auf einer Kupferoberfläche abläuft. Dazu entnahmen sie der Oberfläche ein einzelnes Kupferatom und verschoben es mit der Spitze des Rastertunnelmikroskops an einen anderen Ort. Dabei entdeckten die Wissenschafter, dass das einzelne Atom, wenn es in der Nähe des Moleküls platziert wurde, die Rate des Protonentransfers, also wie häufig sich ein Proton innerhalb des Moleküls bewegt, dramatisch veränderte.

Die Positionierung des Atoms an verschiedenen Stellen ergab, dass dieser Einfluss nicht nur bei erstaunlich großen Molekül-Atom-Abständen wirksam ist, sondern auch von der exakten Lage des Atoms abhängt. Es ist also möglich, mit einem einzelnen Atom je nach Position die Transferrate gezielt zu erhöhen oder zu verringern. Bei weiteren Untersuchungen fanden die Forscher heraus, dass sich dieser unerwartete Effekt auch auf Anordnungen aus mehreren Molekülen erweitern ließ.

"Die Resultate geben einen wichtigen Einblick in fundamentale chemische Prozesse. Sie zeigen nicht nur, wie wichtig die atomare Umgebung jedes einzelnen Moleküls ist, sondern dass sich die Funktion einzelner Moleküle sogar mit einzelnen Atomen steuern lassen kann", sagte Grill. (red, derStandard.at, 8.12.2013)