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Metallorganische Gerüste Gase mithilfe von metallorganischen Gerüsten speichern

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Metall-organische Gerüste (MOFs) können Gase aufnehmen wie ein Schwamm, der Flüssigkeit aufsaugt. Daher eignen sich diese hochporösen Materialien zum Speichern von Gasen. Die Beladung ist jedoch bei vielen MOFs durch Barrieren eingeschränkt. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) präsentieren nun in einer Arbeit, dass die Barrieren durch Korrosion der MOFs an der Oberfläche entstehen. Dies lässt sich mit wasserfreien Synthesestrategien vermeiden.

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Die Beladung hochporöser metall-organischer Gerüste (MOFs) aus metallischen Knoten (grün) und organischen Verbindungselementen (grau) mit Gastmolekülen wird oft durch Barrieren an der Oberfläche behindert.
Die Beladung hochporöser metall-organischer Gerüste (MOFs) aus metallischen Knoten (grün) und organischen Verbindungselementen (grau) mit Gastmolekülen wird oft durch Barrieren an der Oberfläche behindert.
(Bild: IFG/KIT)

Karlsruhe – MOFs sind kristalline Materialien aus metallischen Knotenpunkten und organischen Verbindungselementen. Sie haben eine enorm große Oberfläche und sind hochporös. Daher können sie wie ein Schwamm andere Moleküle aufnehmen. Eine große Bedeutung besitzen MOFs, die inzwischen auch großtechnisch hergestellt werden, bei der Speicherung von Gasen: Wenn das Gas in den Festkörper eintritt, verflüssigt es sich teilweise und wird dadurch dichter, sodass sich erheblich mehr Moleküle im gleichen Volumen speichern lassen. MOFs eignen sich unter anderem für die Speicherung von Wasserstoff im Tank von wasserstoffbetriebenen Automobilen, aber auch für die Speicherung der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan. Weitere Anwendungen liegen in den Bereichen Stofftrennung, Katalyse und Sensorik. Für jede Anwendung lässt sich das passende MOF maßschneidern; meist liegen sie als Pulver vor. In den vergangenen zehn Jahren wurden bereits über 20.000 verschiedene Vertreter dieser Materialklasse genau charakterisiert.

Oberflächenbarrieren schränken die Beladung ein

„Bei fast allen Anwendungen spielt die Beladung dieser hochporösen Kristalle mit Molekülen eine zentrale Rolle“, erklärt Lars Heinke vom Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT. „Die Effizienz des Molekültransports in die porösen Partikel hinein ist für die Funktion der MOFs von kritischer Bedeutung.“ In vielen MOF-Materialien ist die Beladung jedoch durch so genannte Oberflächenbarrieren stark eingeschränkt. Die Oberfläche des Schwamms ist sozusagen verklebt, die Poren sind verstopft, und die Beladung ist deutlich verzögert. Dies schränkt die Einsatzmöglichkeiten deutlich ein.