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Porträt Dr. Müller, Katharina; FWOG

Photo: André Wirsig

Dr. Katharina Müller

Leiterin Grenzflächenprozesse
k.muellerAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2439

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Abteilung Grenzflächenprozesse

Warum? Wie? Was?

Das oberste Ziel unserer von wissenschaftlicher Neugier getriebenen Forschung ist es, grundlegende und unabhängige Erkenntnisse über die (Geo-)Chemie und das Umweltverhalten langlebiger Radionuklide (RN) zu gewinnen. Eine herausragende und gesellschaftlich wichtige Anwendung ist die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle, um künftigen Generationen die Verantwortung für den Umgang mit "unserem" Erbe aus der Energieerzeugung in Kernreaktoren zu erleichtern.

Zu diesem Zweck liefern wir das radiochemische Wissen, nämlich strukturelle und mechanistische Daten wichtiger mobilisierender und immobilisierender Reaktionen von RN in Lösung, an Grenzflächen und in Festkörpern.

Unser besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz einer Vielzahl etablierter und fortschrittlicher mikroskopischer und spektroskopischer Techniken, um Komplexbildungsreaktionen und Komplexstrukturen, die die Wechselwirkungen von RN in der Geosphäre bestimmen, genau zu beschreiben. Darüber hinaus untersuchen wir die Entstehung und chemische Speziation von Aktivierungsprodukten in Materialien aus Kernkraftwerken im Zusammenhang mit deren sicherer Stilllegung.

Als Teil einer Wertschöpfungskette bilden die abgeleiteten Strukturinformationen eine solide Grundlage für eine zuverlässige thermodynamische Beschreibung der untersuchten Systeme, die in thermodynamische Datenbanken integriert werden kann. Die thermodynamischen Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Aktiniden-Thermodynamics.

Foto: Forschungsfelder der Abteilung Grenzflächenprozesse ©Copyright: Dr. Katharina Müller

Unsere Kernkompetenzen

  • Chemie langlebiger RN – Fachwissen im Umgang mit RN, von Spalt- und Aktivierungsprodukten bis hin zu Transuranen, und Zugang zu Strahlenschutzlabors.
  • Strukturelle Charakterisierung – Fachwissen in der Anwendung und Kopplung von spektroskopischen und mikroskopischen sowie Beugungstechniken für den Zugang zu molekularen Informationen.
  • Thermodynamische Beschreibung von RN-Komplexen – Verwendung makroskopischer, spektroskopischer und kalorimetrischer Informationen über Reaktant-Wasser-Grenzflächenphänomene als Grundlage für die Ableitung von Oberflächenkomplexierungsmodellen und deren thermodynamischen Parametern.

Forschungsgebiete

  • Koordinationschemie von RN in wässriger Lösung und in künstlichen menschlichen Bioflüssigkeiten, z. B.: RADEKOR-Projekt.
  • Molekulare Charakterisierung von RN Reaktionen an natürlichen und künstlichen Mineral-Wasser-Grenzflächen, z. B. im Projekt REDOX.
  • Einbau von Actiniden und Lanthaniden in feste Phasen, z. B.: AcE-Projekt.
  • Technetium Umweltchemie, z. B. Young Investigator Group TecRad.
  • Entwicklung einer Methode zur Pre-Aktivitäts- und Dosisleistungsberechnung von reaktornahen Bauteilen auf Basis von Neutronenfluenzverteilungen (EMPRADO) 12/2018 –11/2022, BMBF.

Neuste Publikation

Eu(III) and Cm(III) Complexation by the Aminocarboxylates NTA, EDTA, and EGTA Studied with NMR, TRLFS, and ITC – An Improved Approach to More Robust Thermodynamics

Friedrich, S.; Sieber, C.; Drobot, B.; Tsushima, S.; Barkleit, A.; Schmeide, K.; Stumpf, T.; Kretzschmar, J.

The complex formation of Eu(III) and Cm(III) was studied with tetradentate, hexadentate, and octadentate coordinating ligands of the aminopolycarboxylate family, viz. nitrilotriacetate (NTA³), ethylenediaminetetraacetate (EDTA⁴), and ethylene glycol-bis(2-aminoethyl ether)-N,N,N′,N′-tetraacetate (EGTA⁴), respectively. Based on the complexones’ pKa values obtained from ¹H nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopic pH titration, complex formation constants were determined by means of parallel-factor-analysis-assisted evaluation of Eu(III) and Cm(III) time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS). This was complemented by isothermal titration calorimetry (ITC), providing the enthalpy and entropy of the complex formation. This allowed us to obtain genuine species along with their molecular structures and corresponding reliable thermodynamic data. The three investigated complexones formed 1:1 complexes with both Eu(III) and Cm(III). Besides the established Eu(III)–NTA 1:1 and 1:2 complexes, we observed, for the first time, the existence of a Eu(III)–NTA 2:2 complex as of millimolar metal and ligand concentrations. Demonstrated for thermodynamic studies on Eu(III) and Cm(III) interaction with complexones, the utilized approach is commonly applicable to many other metal–ligand systems, even to high-affinity ligands.

Keywords: Europium; Curium; Metal complex; Spectroscopy; Calorimetry; Stability constant; High-affinity ligand

Eine Liste an Publikationen befindet sich hier.


Forschungsgruppen

Derzeit laufende Drittmittelprojekte

  • Wechselwirkungen von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an der Mineral-Wasser-Grenzfläche - Radioökologische Betrachtungen (TecRad) 07/2022 – 06/2027, BMBF
  • Redoxreaktivität von Selen in Mineralen (REDOX) 06/2022 – 05/2025, ANDRA
  • Speziation und Transfer von Radionukliden im Menschen unter besonderer Berücksichtigung von Dekorporationsmitteln (RADEKOR) 07/2020 – 12/2023, BMBF.
  • Grundlegende Untersuchungen zur Immobilisierung von Aktiniden mittels Einbau in endlagerrelevante Festphasen (AcE) 01/2021 – 12/2023, BMBF.
  • Wege zum effizienten Rückbau von Reaktorkomponenten und Betonabschirmung: Berechnung des Aktivitätsinventars und deren Validierung an Bohrkernen sowie Mobilitätsuntersuchungen von Radionukliden (WERREBA) 07/2019 – 12/2022, BMBF.

Eine Übersicht der abgeschlossenen Projekte finden Sie hier.

Team

Leitung

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Katharina Müller801/P2482439
k.muellerAthzdr.de

Mitarbeiter

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Daniel Butscher801/P3523154
d.butscherAthzdr.de
Aline Chlupka801/P2033198
2518
2523
a.chlupkaAthzdr.de
Sebastian Friedrich801/P3523154
s.friedrichAthzdr.de
Dr. Norbert Jordan801/P2182148
n.jordanAthzdr.de
Christa Müller3198
2538
c.muellerAthzdr.de
Stephan Weiß801/P3162758
2523
s.weissAthzdr.de

Einbau in Festphasen

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Nina Maria Huittinen801/P2182148
n.huittinenAthzdr.de
Dr. Astrid Barkleit801/P2073136
2512
2518
a.barkleitAthzdr.de
Luiza Braga Ferreira dos Santos801/P2543487
l.bragaAthzdr.de

"TecRad" Wechselwirkung von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an Mineral-Wasser-Grenzflächen - Radioökologische Betrachtungen

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Natalia Mayordomo Herranz801/P2522076
n.mayordomo-herranzAthzdr.de
Caroline Börnerc.boernerAthzdr.de
Irene Cardaio801/P2542251
i.cardaioAthzdr.de
Vijay Kumar Saini801/P3523328
v.sainiAthzdr.de

Alumni

Name at HZDR Derzeitigte Institution
Quirina Isabella Roode-Gutzmer Doktorand Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Maximilian Demnitz Doktorand,
promoviert 2022
Eindhoven University of Technology, Department of Chemical Engineering and Chemistry, Het
Diana Marcela Rodriguez Hernandez Doktorandin,
promoviert 2021
Rotop Pharmaka GmbH
Henry Lösch Doktorand,
promoviert 2021
Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf (VKTA)
Manuel Eibl Doktorand,
promoviert 2020
Avantgarde Labs GmbH
Susanne Lehmann Doktorandin,
promoviert 2020
Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften