Struktureller Einbau und thermodynamische Eigenschaften von Mo6+ in Eisenoxiden und deren Bedeutung für die Immobilisation von Mo in Böden

• Antragsteller: Professor Juraj Majzlan, Ph.D., seit 1/2019
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 370263568

Im Rahmen des beantragten Projektes soll die Bedeutung von Eisenoxiden für die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Mo6+ in Böden untersucht werden. Molybdän stellt einen bedeutenden Grundstein für die Biosynthese verschiedener Metalloenzyme dar und ist somit essenziell für alle bekannten Lebensformen (Mendel & Bittner, 2006; McGrath et al., 2010, Duval et al., 2015). Seine Mobilität und Bioverfügbarkeit in Böden sind gering und direkt gekoppelt mit der Anwesenheit von Eisenoxiden (Lang & Kaupenjohann, 1999). Um die Bedeutung der Eisenoxide für die Immobilisation von Mo zu evaluieren, haben sich vorangegangene Studien primär auf die Oberflächenadsorptionsmechanismen fokussiert (e.g. Goldberg et al., 1996; Brinza et al., 2008), wohingegen die Möglichkeit eines strukturellen Einbaus durch eine heterovalente Substitution von Fe3+ gegen Mo6+ fast vollständig außer Acht gelassen wurde (Richmond et al., 2004; Carroll & Richmond, 2008; Zemberyová et al., 2010). Dabei besitzen Eisenoxide verschiedene strukturelle Mechanismen, welche eine heterovalente Substitution zulassen könnten (z.B. Balko & Clarkson, 2001; Khan et al., 2008; Bolanz et al., 2013; Ciobanu et al., 2013). Für Mo6+, der häufigsten Molybdänspezies in oxischen Systemen (Barron et al., 2009), existieren jedoch nahezu keine überzeugenden Daten für einen strukturellen Einbau in Eisenoxide. Diese bedeutende Wissenslücke ist direkt auf die thermodynamischen Daten von molybdänhaltigen Eisenoxiden übertragbar. Minerale, welche Fremdionen wie Mo6+ strukturell einbauen, können vollständig andere thermodynamische Eigenschaften und damit Stabilitäten aufweisen (Heaney, 2000). Molybdän wäre damit in der Lage seine eigene Bioverfügbarkeit zu beeinflussen. Aus diesen Gründen besitzt dieses Projekt vier Hauptzielewelche direkt miteinander verbunden sind: (i) Synthese und Charakterisierung Mo-haltiger Eisenoxide, (ii) Identifikation der verantwortlichen Einbau- und Substitutionsmechanismen, (iii) die Bereitstellung von kalorimetrischen Daten (Mischungsenthalpien, Bildungsenthalpien) und die Untersuchung der thermodynamischen Stabilitäten von Mo-substituierten Eisenoxiden, (iv) der Transfer der Labordaten synthetischer Mo-Eisenoxide und deren thermodynamische Eigenschaften auf natürliche Eisenoxide verschiedener Bodentypen.Um diese Hauptziele zu erreichen setzten wir eine Kombination aus gesamtheitlichen, mikro- und nanoauflösenden Techniken ein, welche die Pulverröntgendiffraktion, massenspektrometrische Verfahren, "Directly coupled Evolved Gas Analysis System" (DEGAS-Analysesystem), Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenabsorptionsspektroskopie beinhalten.Wir erwarten, dass diese Studie unser Verständnis über die strukturellen Einbaumechanismen von Mo6+ in Eisenoxiden durch heterovalente Austauschreaktionen erheblich voranbringen wird und einen Grundstein für zukünftige Forschungsarbeiten über die Mobilität und Bioverfügbarkeit von Mo in Böden legt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Slowakei
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Beate Michalzik; Privatdozent Dr. Peter Uhlík
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Ralph Bolanz, bis 1/2019