Zinkhalide eröffnen neue Wege zu metallorganischen Gläsern

In einer neuen Arbeit im Journal of the American Chemical Society berichtet die Arbeitsgruppe von Prof. Sebastian Henke über eine Flux-Melting-Strategie, mit der sich die Zusammensetzung und Eigenschaften von MOF-Gläsern gezielt erweitern lassen. Dafür wurden zeolithische Imidazolat-Gerüstverbindungen (Zeolitic Imidazolate Frameworks, ZIFs) mit wasserfreien Zinkhaliden wie ZnCl₂, ZnBr₂ und ZnI₂ co-geschmolzen. Die Zinkhalide wirken dabei nicht nur als klassische Flussmittel, sondern werden durch Ligandenaustausch direkt in das Glasnetzwerk eingebaut. Es entstehen gemischte Halid-Imidazolat-Koordinationsgläser, in denen sowohl Imidazolat- als auch Halid-Liganden als Brücken zwischen Metallzentren fungieren.

Die Studie zeigt, dass diese Strategie nicht nur bekannte ZIF-Glasbildner chemisch modifiziert, sondern auch die Vitrifizierung mehrerer ZIFs ermöglicht, die für sich allein nicht schmelzen oder zu Gläsern verarbeitet werden können. Dadurch wird der zugängliche Zusammensetzungsraum metallorganischer Gläser deutlich erweitert. Mit Infrarot- und Röntgenabsorptionsspektroskopie sowie Röntgentotalstreuung konnte gezeigt werden, dass beim Schmelzen ein weitreichender Ligandenaustausch zwischen Haliden und Imidazolaten stattfindet und neue gemischte Koordinationsnetzwerke entstehen. Ergänzende Untersuchungen mit Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie aus der Arbeitsgruppe von Prof. Christian Liebscher vom Research Center Future Energy Materials and Systems (RC FEMS) an der Ruhr-Universität Bochum gaben Aufschluss über die Verteilung der Elemente in den Gläsern und unterstützten damit das Verständnis der Durchmischung der halid- und imidazolatbasierten Netzwerkbestandteile.

Besonders interessant ist, dass sich durch die Zinkhalid-Inkorporation auch die Porosität und die Gasadsorptionseigenschaften der Gläser gezielt beeinflussen lassen. Ein Glas mit niedrigem ZnBr₂-Gehalt zeigte eine deutlich erhöhte thermodynamische Sorptionsselektivität für Propylen gegenüber Propan im Vergleich zum ursprünglichen ZIF-Glas. Damit eröffnet die Arbeit einen neuen Ansatz, um MOF-Gläser nicht nur chemisch zu diversifizieren, sondern ihre Porenstruktur und Trenneigenschaften gezielt einzustellen.

Die Ergebnisse leisten einen wich­ti­gen Beitrag zur Ent­wick­lung funktionaler poröser Gläser und zeigen, wie Konzepte aus der anorganischen Halidglas-Chemie mit der Chemie metallorganischer Gerüstverbindungen verbunden werden können.

Pub­li­ka­tion

Z. Fan, J.-B. Weiß, V. Tavakkoli, W.-L. Xue, G.-Q- Li, C. H. Liebscher, S. Henke
Zinc Halide Flux-Assisted Vitrification of Metal–Organic Frameworks Enables Chemical Diversification and Tunable Gas Sorption
J. Am. Chem. Soc. 2026, DOI: 10.1021/jacs.6c05678

Arbeitsgruppe Henke