„Spickzettel“ für komplexe Metallverbindungen veröffentlicht, der Struktur und Verhalten beschreibt

22. Juni 2023

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von der Universität Wien

Um das bisher schwer fassbare Verhalten und die Stabilität komplexer Metallverbindungen in wässrigen Lösungen aufzudecken, haben Forscher der Universität Wien einen Artbildungsatlas erstellt, der jetzt in Science Advances veröffentlicht wurde. Dieser Erfolg hat das Potenzial, neue Entdeckungen und Fortschritte in Bereichen wie Katalyse, Medizin und darüber hinaus voranzutreiben.

Metallatome können mit Sauerstoff winzige 3D-Strukturen bilden, komplizierte Gerüste, die Drahtmandalen nicht unähnlich sind und als „Polyoxometallate“ oder „POMs“ bezeichnet werden. Diese POMs eignen sich zur Steuerung chemischer Reaktionen in der Chemie, Biologie oder Materialwissenschaft, sind aber auch für das Verständnis natürlicher Prozesse in diesen Bereichen relevant.

Allerdings ist ihre Struktur, ähnlich wie Drahtmandalen, sehr variabel und hängt von winzigen Veränderungen in ihrer Umgebung ab, was es für Forscher sehr schwierig macht, ihre Struktur und damit ihre Funktion für verschiedene Anwendungen, von der Medizin bis zur Umweltsanierung, vorherzusagen.

Nadiia Gumerova und Annette Rompel von der Fakultät für Chemie der Universität Wien haben nun einen sogenannten Speziationsatlas entwickelt, einen Spickzettel, der es Forschern ermöglicht, die erwartete Struktur und das Verhalten von 10 häufig verwendeten POMs für einen bestimmten chemischen Zustand genau zu ermitteln.

Genauer gesagt handelt es sich bei diesem Atlas um eine Datenbank, die ein Vorhersagemodell enthält, das auf andere als die 10 ausgewählten POMs erweitert werden kann und POM-Speziesverteilungen, Stabilität und katalytische Aktivität unter Berücksichtigung der Faktoren pH, Temperatur, Inkubationszeit, Pufferlösungen, reduzierende oder katalytische Aktivität liefert Chelatbildner und Ionenstärke.

Um die zukünftige Forschung weiter zu unterstützen, haben Gumerova und Rompel außerdem eine „Roadmap“ für andere Wissenschaftler entwickelt, die Experimente mit ihren eigenen POMs durchführen: Durch die Auswahl stabiler POM-Varianten, die Auflistung der Parameter des Anwendungssystems und die anschließende Durchführung sogenannter „POM-Speziationsstudien“ – Experimente die die Veränderung der POM-Struktur unter veränderten Bedingungen aufzeigen – Forscher können sicherstellen, dass sie die genauesten Ergebnisse erhalten und POMs bei ihrer Arbeit optimal nutzen.

„Der Speziationsatlas für POMs stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserem Verständnis dieser komplexen Metallverbindungen dar. Seine Erkenntnisse haben das Potenzial, neue Entdeckungen und Fortschritte in der Katalyse, Biologie, Medizin und darüber hinaus voranzutreiben“, sagt Annette Rompel.

Mehr Informationen: Nadiia I. Gumerova et al, Speziationsatlas von Polyoxometallaten in wässrigen Lösungen, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi0814

Zeitschrifteninformationen:Wissenschaftliche Fortschritte

Zur Verfügung gestellt von der Universität Wien