Abteilung Chemie der f-Elemente

Foto: Übersicht FWOF ©Copyright: PD Dr. habil. Moritz Schmidt

Wir untersuchen die Chemie der Actiniden und ihrer Lanthanidhomologen im Festkörper und in Lösung. Hierzu setzen wir moderne analytische Methoden sowie quantenchemische Berechnungen ein, um strukturelle Informationen auf atomarer Ebene zu erhalten. Daraus wiederum lassen sich Rückschlüsse auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Actiniden in Molekülen ziehen.

Das Hauptaugenmerk der Abteilung liegt dabei auf der Koordinationschemie der f-Elemente(1) mit organischen und anorganischen Liganden. Insbesondere solchen mit biologischen oder biologisch-inspirierten Bindungsmotiven(2). Für diese Untersuchungen nutzen wir Pulver- sowie Einkristall-Röntgenbeugung zur Strukturaufklärung im Festkörper, und spektroskopische Methoden, wie NMR, XANES(3), oder TRLFS(4) zur Strukturanalyse in Lösung. Die experimentellen Untersuchungen werden stets von quantentheoretischen Berechnungen begleitet, die wesentlich von der Weiterentwicklung der Berechnungscodes für die Anwendungen für 5f-Elemente abhängen.

Das so generierte fundamentale Verständnis der Actinidenchemie wird in unserer Abteilung zudem für Untersuchungen der Actinidenreaktivität an der Wasser/Mineral-Grenzfläche angewendet. In diesem Feld kommen die Rasterkraftmikroskopie, TRLFS, sowie die Oberflächen-Röntgenbeugung als analytische Methoden zum Einsatz.

Eine ausführliche Liste unserer experimentellen Ausstattung finden Sie hier(5).

Die Abteilung Chemie der f-Elemente ist stets offen für Bachelor- und Masterstudenten sowie Praktika. Kontaktiert uns!

Neuste Publikation

Unraveling pH-dependent changes in adsorption structure of uranyl on alumina (012)

Neumann, J.(6); Carr, A. J.(7); Lessing, J.(8); Soderholm, L.(9); Catalano, J. G.(10); Fenter, P.(11); Lee, S. S.(12)

Mitigating the transport of uranium in groundwater is imperative for ensuring access to clean water across the globe. Here, in-situ resonant anomalous X-ray reflectivity is used to investigate adsorption of uranyl on alumina (012) in acidic aqueous solutions ([UVI] = 0.01–1 mM, pH 2–5), representing typical compositions of highly-contaminated water near U mining sites. Significant UVI uptake (0.18–0.27 μmol/m2) is observed even though the surface has a net positive charge at these conditions. The analyses reveal that adsorbed U is distributed at two distinct heights of 2.4–3.2 Å and 5–5.3 Å, respectively, from the terminal surface oxygens. The former species is interpreted as the mixture of inner-sphere and outer-sphere complexes that adsorb closest to the surface. The latter species is interpreted as an outer-sphere complex that shares one equatorial H2O molecule with the terminal surface oxygen. With increasing pH, we observe increasing prevalence of these outer-sphere complexes, indicating the enhanced role of the hydrogen bond that stabilizes adsorbed uranyl species at the interface. The presented work provides an improved molecular-scale understanding of the sorption of uranyl on alumina that has implications for geochemistry and materials science.

Keywords: sorption; uranyl; X-ray reflectivity; autoradiography; corundum; actinide; sapphire

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Projekte

Laufende Projekte

  • Biologisch-inspirierte Polyhydroxamat-Liganden zur in vivo Dekorporation von Actiniden
    (ActiDecorp, ANR/DFG, 04/2024-03/2027)
  • Actinid-Metall Bindung auf atomarem Level
    (Am-BALL, BMUV, 05/2023-04/2026)
  • Untersuchungen zu den Wechselwirkungen von f-Elementen mit biologisch relevanten Strukturmotiven: Ableitung grundlegender Struktur-Wirkprinzipien für eine Mobilisierung in der
    Umwelt
    (FENABIUM-II, BMBF, 04/2023-03/2026)
  • Konkurrenz und Reversibilität bei Sorptionsvorgängen
    (KuRSiV, BMUV, 01/2023-06/2026)
  • Spektroskopische Charakterisierung von f-Element-Komplexen mit soft donor-Liganden
    (f-Char, BMBF, 10/2020 - 03/2024)

Abgelaufene Projekte

  • Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und organischen Ligandsystemen mit Naturstoff-basierten Bindungsfunktionen in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt
    (FENABIUM, BMBF, 10/2016 – 05/2021)
  • Smart-Kd in der Langzeitsicherheitsanalyse - Anwendungen
    (SMILE, BMWi, 09/2018 – 02/2022)

Team

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Leitung

NameGeb./Raum+49 351 260Email
PD Dr. habil. Moritz Schmidt801/P2493156
2536
moritz.schmidtAthzdr.de

Mitarbeiter

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Johannes Balasj.balasAthzdr.de
Dr. Robert Gericke801/P2052011
r.gerickeAthzdr.de
Dennis Grödler801/P2052438
d.groedlerAthzdr.de
Dr. Peter Kaden801/P2172261
p.kadenAthzdr.de
Aliaksandra Khokh801/P2193194
a.khokhAthzdr.de
Jessica Lessing801/P3523154
j.lessingAthzdr.de
Adrian Näder801/P3523154
a.naederAthzdr.de
Dr. Michael Patzschke801/P3562989
m.patzschkeAthzdr.de
Till Erik Sawallisch801/P3502035
t.sawallischAthzdr.de

Metallorganische Actinidenchemie

NameGeb./Raum+49 351 260Email
Dr. Juliane März801/P2173209
2506
j.maerzAthzdr.de
Boseok Hong801/P2052438
b.hongAthzdr.de

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PD Dr. habil. Moritz Schmidt

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(5) https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=542
(6) https://orcid.org/0000-0002-3650-3967
(7) https://orcid.org/0000-0002-8224-7677
(8) https://orcid.org/0000-0002-6485-4035
(9) https://orcid.org/0000-0003-4435-2721
(10) https://orcid.org/0000-0001-9311-977X
(11) https://orcid.org/0000-0002-6672-9748
(12) https://orcid.org/0000-0001-8585-474X
(13) https://doi.org/10.1021%2Facs.jpclett.4c00498
(14) https://twitter.com/felementDD