Rost eisenärmer als erwartet

Magnetit ist eine spezielle Form von Rost – eine regelmäßige Anordnung von Sauerstoff- und Eisenatomen. Auf seiner Oberfläche können mehrere Metallatome isoliert an festen Positionen haften, ohne sich zu Nanopartikeln zusammenzuballen. Dies wird dadurch begünstigt, dass in der Atomschicht direkt unter der Oberfläche einzelne Eisenatome fehlen, berichten Forscher um Roland Bliem von der TU Wien in der Fachzeitschrift „Science“.

„Jedes Material wechselwirkt über seine Oberfläche mit der Umwelt“, sagt Koautor Gareth Parkinson von der TU Wien. So zeigt Magnetit die nützliche, doch bislang ungeklärte Eigenschaft, dass einzelne Atome gewissermaßen an seiner Oberfläche festgepinnt werden können. „Es ist für uns daher entscheidend, die Struktur der Oberfläche zu verstehen und zu wissen, wie sie entsteht“, so Parkinson weiter. Bliem und seine Kollegen wendeten daher ein verbreitetes Verfahren der Strukturanalyse an. Sie streuten langsame Elektronen an der Magnetitoberfläche und verglichen die Daten mit einem theoretischen Modell der Kristallstruktur. Die Daten stimmten am besten mit den Rechnungen überein, wenn die Forscher annahmen, dass in der Schicht direkt unterhalb der äußersten Atomschicht einzelne Gitterplätze nicht von Eisen besetzt sind. Eisen (Fe) und Sauerstoff (O) verbinden sich also in einem anderen Verhältnis als man bisher dachte. „Es stellt sich heraus, dass die Oberfläche von Fe₃O₄ eigentlich gar kein Fe₃O₄ ist, sondern eher Fe₁₁O₁₆“, sagt Institutskollegin Ulrike Diebold. Das erkläre, warum auch fremde Atome an festen Positionen bleiben statt Cluster zu bilden: Sie lagern sich genau oberhalb solcher Eisenfehlstellen an die Oberfläche an.

Dieser Effekt könnte die Oberfläche zu einem nützlichen Katalysator für chemische Reaktionen machen. Das Forschungsteam geht davon aus, dass sich die neuen Erkenntnisse nicht nur auf Eisenoxid anwenden lassen, sondern auch auf Oxide von Kobalt, Mangan oder Nickel.