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Porengröße nach Wunsch
- Neues aus der Fakultät 2022
Metallorganische Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOFs) sind modular aufgebaute poröse Materialien, deren vielfältige Anwendungsmöglichkeiten von der Energiespeicherung und Katalyse bis hin zur Sensorik und Mikroelektronik reichen. Einige MOFs sind responsiv, d.h. sie ändern ihre Struktur und Eigenschaften in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen wie z.B. der Zusammensetzung der Atmosphäre oder der Temperatur. Das Team von Prof. Sebastian Henke hat in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern von der TU München und der University of Edinburgh eine Methode entwickelt, wie sich das mechanische Verhalten von responsiven MOFs gezielt steuern lässt. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.
Durch Hochdruck-Röntgenbeugungsexperimente, welche an der Synchrotronstrahlungsquelle Diamond Light Source (UK) durchgeführt wurden, konnten Doktorand Jianbo Song und weitere Mitglieder der Arbeitsgruppe Henke das ungewöhnliche Verhalten von responsiven MOFs bei mechanischer Belastung im Detail untersuchen. Dabei wurden MOFs aus der Untergruppe der Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs) hydraulisch einem Umgebungsdruck von bis zu 4000 bar ausgesetzt und parallel dazu die Netzwerkstruktur mittels Röntgenbeugung untersucht. Die Messdaten zeigen, dass sich die offenen Gerüststrukturen mit steigendem Druck in eine geschlossene Gerüststruktur umwandeln (siehe Animation). Zudem lässt sich durch partielle chemische Modifizierung der organischen Gerüstbausteine die Flexibilität der Strukturen gezielt einstellen, so dass die Umwandlung von der offenen in die geschlossene Struktur entweder sprunghaft (diskontinuierlich) oder kontinuierlich erfolgt. Bei letzterem Verhalten kann die Porengröße der Materialien durch den mechanischen Druck genau angepasst werden, was neue Möglichkeiten für die technische Anwendung von solchen flexiblen MOFs in Gastrennmembranen, Stoßdämpfern und nanoskopischen Aktoren eröffnet.
Gefördert wurde diese Arbeit u.a. von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem Chinese Scholarship Council und der Max-Buchner-Forschungsstiftung.
Tuning the High-Pressure Phase Behaviour of Highly Compressible Zeolitic Imidazolate Frameworks: From Discontinuous to Continuous Pore Closure by Linker Substitution
J. Song, R. Pallach, L. Frentzel-Beyme, P. Kolodzeiski, G. Kieslich, P. Vervoorts, C. L. Hobday, S. Henke,
Angew. Chem. Int. Ed.2022, e202117565