Wie der Elektronenstrahl empfindliche Materialien verändert

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) dient als essenzielles Instrument zur Analyse von Nanomaterialien, da sie durch Einblicke in strukturelle und elektronische Details den Zusammenhang zwischen Aufbau und Funktion von Katalysatoren klärt. Problematisch bleibt jedoch der notwendige Elektronenstrahl, der die Proben während der Abbildung verändern oder beschädigen kann, was das Risiko von Fehlinterpretationen birgt.

Herausforderungen bei der Analyse von Schichthydroxiden

Geschichtete Doppelhydroxide (LDH) stellen aufgrund ihrer Vielseitigkeit vielversprechende Katalysatoren sowie Ausgangsstoffe für biomedizinische Anwendungen dar. Da diese Materialien jedoch eine ausgeprägte Empfindlichkeit gegenüber Elektronenstrahlung aufweisen, die bei TEM-Experimenten oft unentdeckt bleibt, untersuchten Dr. Liseth Duarte-Correa und ihr Team am MPI CEC sowie am FHI Berlin nun systematisch die Auswirkungen des Elektronenstrahls auf NiCuAl-LDHs und deren Derivate.

Belastungstest im Elektronenstrahl: Stabilität von NiCuAl-LDH-Varianten

Zur Untersuchung der Materialstabilität analysierte das Forschungsteam NiCuAl-LDH-Proben mit variierenden Metallverhältnissen sowie deren kalzinierte und reduzierte Derivate. Mittels Elektronenbeugung im TEM wurden die strukturellen Veränderungen in direkter Abhängigkeit von der Elektronendosis dokumentiert. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die ursprünglichen LDH-Materialien bereits bei geringer Strahlungsintensität eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, während die kalzinierten und reduzierten Proben eine deutlich höhere Stabilität zeigten und lediglich bei langanhaltender Bestrahlung morphologische Veränderungen erkennen ließen.

Präzision durch Grenzwerte: Die kritische Elektronendosis in der Mikroskopie

Auf Basis dieser Untersuchungsergebnisse konnte eine kritische Elektronendosis definiert werden, unterhalb derer Strahlenschäden die Interpretation der Mikroskopiedaten nicht verfälschen. Die Studie verdeutlicht damit die Notwendigkeit systematischer Voruntersuchungen, um für strahlenempfindliche Materialien wie LDH eine maximale, unkritische Dosis festzulegen. Ein solches Vorgehen ist essenziell, um Fehlinterpretationen durch strahlinduzierte Veränderungen zuverlässig auszuschließen und valide Daten zu gewinnen.

Quelle

Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (02/2026)