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Gold gilt chemisch als äußerst reaktionsträge. Forschende am European XFEL konnten jetzt allerdings zeigen, dass das wohl edelste aller Metalle unter extremen Bedingungen chemisch aktiv wird. Mit Hilfe des weltgrößten Röntgenlasers haben sie eine völlig neue Verbindung aus Gold und Wasserstoff herstellen können: festes Goldhydrid.
Ein internationales Forschungsteam hat erstmals eine feste chemische Verbindung aus Gold und Wasserstoff hergestellt. Unter extrem hohem Druck und Temperaturen bildete sich in Experimenten am European XFEL ein sogenanntes Goldhydrid. Diese Entdeckung widerspricht der bisherigen Annahme, dass Gold kaum mit Wasserstoff reagiert, und eröffnet neue Perspektiven für die Chemie unter extremen Bedingungen.
Gold gilt als eines der reaktionsträgsten Metalle. Doch bei Drücken, wie sie beispielsweise im Erdinneren herrschen – zeigt das Edelmetall andere Qualitäten. Forschende an der High-Energy-Density-Experimentierstation (HED) von European XFEL komprimierten Gold mit Hilfe einer Diamantstempelzelle auf über 40 Gigapascal (GPa) und erhitzten es mit ultrakurzen Blitzen des European-XFEL-Röntgenlasers auf rund 2.500 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen reagierte das Gold mit Wasserstoff, der aus eingebetteten Kohlenwasserstoffen freigesetzt wurde. Es bildete sich eine neuartige Gold-Wasserstoff-Verbindung.
„Wir konnten nachweisen, dass das Gitter der Goldatome oberhalb von 40 GPa eine hexagonal-dicht gepackte Anordnung bildet mit ungeordneten Wasserstoffatomen in den Zwischenräumen“, erklärt Mungo Frost vom SLAC National Accelerator Laboratory. Die Goldhydrid genannte Verbindung besitzt die chemische Formel Au₂Hx, wobei der Wasserstoffgehalt x mit steigendem Druck zunimmt und zwischen Null und nahezu Eins liegt.
Besonders bemerkenswert: Der Wasserstoff in der neu entdeckten Verbindung bewegt sich sehr leicht durch das feste Gitter der Goldatome. Diesen Zustand bezeichnet die Wissenschaft als superionischen Zustand. Diese Eigenschaft wurde bisher hauptsächlich bei wasserstoffreichen Materialien beobachtet, ist in dieser Form bei goldhaltigen Verbindungen jedoch völlig neu.
Beim Abkühlen zerfällt das Goldhydrid wieder in normales, flächenzentriertes, kubisch strukturiertes Gold. Daher vermuten die Forschenden, dass das Goldhydrid nur unter Hochtemperatur-Bedingungen stabil bleibt. Weil Proben früher bislang wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wurden, bevor man sie analysierte, haben vergangene Experimente die Verbindung offensichtlich übersehen.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass selbst so reaktionsträge Elemente wie Gold unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen ganz neue chemische Eigenschaften aufweisen können“, sagt Ulf Zastrau, Leiter der HED-Experimentierstation bei European XFEL, an der der Versuch durchgeführt wurde. Das Team sieht darin einen Hinweis, dass noch viele weitere unerwartete Verbindungen existieren könnten, die bisher nur aufgrund fehlender geeigneter Methoden unentdeckt geblieben sind.
Diese Entdeckung stellt nicht nur ein Novum für die Goldchemie dar, sondern hat darüber hinaus weitreichende Auswirkungen auf Hochdruckexperimente, in denen Gold bisher als völlig inertes Material eingesetzt wurde. Zukünftige Forschungen sollen klären, ob ähnliche Effekte auch bei anderen Edelmetallen auftreten.
Die Untersuchungen wurden am European XFEL in Schenefeld bei Hamburg durchgeführt, einem der leistungsfähigsten Röntgenlaser der Welt.
Synthesis of Gold Hydride at High Pressure and High Temperature, Mungo Frost et al., Angewandte Chemie International Edition, August 2025
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505811
Künstlerische Darstellung: Mittels Röntgenpulsen untersuchte ein internationales Team an Forschenden ...
Copyright: Greg Stewart/SLAC
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Chemistry, Materials sciences, Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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