Mikroporöse Bauteile nach uralter Technik

Nach dem Vorbild einer jahrhundertealten Technik aus dem Bauwesen haben Forscher der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie Metallorganische Gerüste (MOF) mit genau definierter Fenstergröße hergestellt. Diese lassen sich zur Trennung von Gasgemischen wie Biogas, aus dem CO₂ entfernt werden muss, und im medizinischen Bereich einsetzen. MOFs sind mikroporöse Materialien, die aus anorganischen Baueinheiten und organischen Molekülen zusammengesetzt sind.

Aleksandr Sapianik aus der Gruppe von Mohamed Eddaoudi, der die MOF-Entwicklung leitet, hat eine Schalung entwickelt, wie sie einst zum Bau von gemauerten Bögen genutzt wurde, allerdings in einem extrem kleineren Maßstab. An dieser Schalung richten sich die Moleküle, aus denen die MOFs aufgebaut sind, zu fertigen Gerüsten zusammen. Je nach Schalungsgröße entstehen dabei größere oder kleinere Poren.

Die Entwicklung begann mit einem zeolithähnlichen MOF (ZMOF), das normalerweise fünfeckige Fenster aufweist, die von Bausteinen namens Supertetraeder (ST) eingerahmt sind. Das Ziel war es, die ST-Anordnung so zu steuern, dass sie mit diesen Bausteinen von dieser bekannten Topologie zu einer bisher nicht beschriebenen Topologie wechselt.

Sauerstoff besser zu speichern

Porengröße und -volumen von MOFs sind wichtige Parameter, die ihre Anwendung beeinflussen, unterstreicht Marina Barsukova, ebenfalls Postdoktorandin in Eddaoudis Team. Ein vom Team entwickeltes ZMOF mit großem Fenster hat die höchste Sauerstoffadsorptionskapazität aller bekannten MOFs.

Diese Eigenschaft ist wichtig in der Medizin sowie in der Luft- und Raumfahrt, wo die hohe Kapazität die Sauerstoffspeicherung in einer Flasche erhöhen oder kleinere Flaschen für einen einfacheren Transport ermöglichen würde, so Barsukova. Dieselben ZMOFs eigneten sich auch gut für die Speicherung der Brennstoffe Methan und Wasserstoff. Andere ZMOFs der Familie mit schmalen Fenstern zeigten Potenzial für die Gastrennung molekularer Gemische. Der von uns entwickelte Zentrierungsansatz ist eine wirkungsvolle Strategie im Repertoire der Chemie und bietet großes Potenzial für maßgeschneiderte MOFs für Anwendungen in der Energiesicherheit und ökologischen Nachhaltigkeit, schließt Eddaoudi. (pte)