Neues Designprinzip für poröse metallorganische Gläser
- Neues aus der Fakultät 2026
Die Studie wurde von Dr. Pascal Kolodzeiski, ehemaliger Doktorand in der Arbeitsgruppe Henke, federführend durchgeführt. Die Forschenden zeigen, dass Alkali-Benzimidazolate als sogenannte Netzwerk-Modifikatoren in MOF-Gläsern wirken können – ähnlich wie Alkalioxide in klassischen Silikatgläsern, aus denen beispielsweise Fensterglas oder technische Spezialgläser bestehen. Durch die gezielte Zugabe dieser Modifikatoren lassen sich zentrale Materialeigenschaften wie die Temperatur, bei der das Glas weich wird, seine Fließfähigkeit im erhitzten Zustand und seine innere Netzwerkstruktur systematisch einstellen. Damit überträgt die Arbeit erstmals grundlegende Konzepte der klassischen Glaschemie auf die noch junge Klasse der MOF-Gläser.
Um die strukturellen Veränderungen aufzuklären, kombinierte das internationale Forschungsteam eine Reihe moderner Methoden, darunter Röntgen-Totalstreuung, Festkörper-NMR-Spektroskopie, Atomsonden-Tomographie und quantenchemische Rechnungen. Wichtige Beiträge zur atomaren Strukturaufklärung lieferten Dr. Dominik Kubicki und Prof. Andrew Morris von der University of Birmingham, die mithilfe hochauflösender Festkörper-NMR-Experimente und theoretischer Modellierung untersuchten, wie Natrium-Ionen in das Glasnetzwerk eingebaut werden. Forschende der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Tong Li konnten zusätzlich mittels Atomsonden-Tomographie zeigen, dass die Alkali-Ionen in den modifizierten Gläsern selbst auf der Nanoskala außergewöhnlich homogen verteilt sind.
Ein weiteres zentrales Ergebnis der Arbeit ist, dass die modifizierten MOF-Gläser einen großen Teil ihrer intrinsischen Porosität behalten, also ihrer Fähigkeit, sehr kleine Hohlräume im Material bereitzustellen. Durch gezieltes Auslaugen der Alkali-Modifikatoren lässt sich die Porenstruktur anschließend weiter verändern, sodass hierarchisch poröse Gläser entstehen können, die Poren unterschiedlicher Größenordnungen enthalten. Die Studie liefert damit erstmals klare Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für die chemische Modifikation von MOF-Gläsern und eröffnet neue Möglichkeiten, diese Materialien gezielt für Anwendungen, etwa in der Gastrennung, Katalyse oder Energiespeicherung, zu entwickeln.
Publikation
P. Kolodzeiski, B. M. Gallant, L. Richter, M. A. T. Ongkiko, C. Franke, A. Kostka, W.-L. Xue, C. Das, J.-B. Weiß, E. Kolodzeiski, T. Kress, G. Kieslich, T. Li, A. J. Morris, D. Kubicki, S. Henke
Alkali-ion-modified zeolitic imidazolate framework glasses
Nat. Chem. 2026, DOI: 10.1038/s41557-026-02115-8