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MOFRUB-Chemiker "backen" molekulare Baumkuchen: Neuartige Herstellung von MOFs
Schematische Darstellung der neuartigen Synthese von metallorganischen Käfigverbindung, MOF (metal organic framework), durch abwechselndes Belegen einer organischen Oberfläche mit Kupferionen (MLx, Schritt 1) und COOH-funktionalisierten Liganden (L, Schritt 2). Ausgangspunkt ist eine organische, COOH-terminierte Oberfläche, die durch Adsorption eines entsprechenden Organothiols hergestellt wurde. Durch Wiederholen von Schritt 1 und Schritt 2 können beliebig dicke MOF-Schichten hergestellt werden.
Von der Windel bis zum Brennstoffzellenauto
Einen MOF kann man sich vorstellen wie ein winziges Regalsystem, bei dem Bretter und Streben aus speziellen Molekülen bestehen. In die einzelnen Fächer lassen sich Stoffe einlagern, zum Beispiel Gasmoleküle. Interessanterweise passen in den MOF-gefüllten Tank mehr Moleküle als in den leeren Tank: In den Regalfächern werden die Moleküle an die Bretter gebunden und rücken dadurch dichter aneinander heran. Das macht die MOFs zum Beispiel interessant für die Entwicklung wasserstoffbetriebener Brennstoffzellen-Autos. In die einzelnen Regalfächer können aber auch Metall-Nanocluster eingebettet werden: So wird dann aus einer MOF-beschichteten Oberfläche ein Sensor.
Eintauchen in verschiedene Lösungen
Normalerweise werden die MOF-Substanzen durch einfaches Mischen von zwei Ausgangssubstanzen und anschließende Behandlung mit höheren Temperaturen hergestellt - so ähnlich wie beim Kuchenbacken. Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Physikalischen und der Anorganischen Chemie entstand die Idee, ein neues Syntheseverfahren zu erproben. Dabei werden die Ausgangssubstanzen nicht gemischt, sondern ein Trägermaterial wird jeweils nacheinander in verschiedene Lösungen einzelner Substanzen eingetaucht. Das (ggf. automatisierte) Wiederholen dieser Schritte ermöglicht die Herstellung sehr homogener Schichten in einem Lage-für-Lage-Verfahren - der Herstellung eines Baumkuchens vergleichbar. Überraschend für die Forscher war, dass die strukturelle Qualität dieser Schichten sehr hoch ist. In einigen Fällen wird sogar die strukturelle Qualität der mit dem klassischen Verfahren erzielten Ergebnisse noch übertroffen. "Noch wichtiger ist allerdings, dass uns das Verfahren die Herstellung ganz neuartiger MOFs ermöglicht", so Prof. Fischer. Mehr Komponenten und eine gezielte Anordnung der einzelnen Schichten rücken in den Bereich des Möglichen. Bis zu 100 Schichten können die Bochumer Chemiker heute übereinander auftragen. Die gesamte Schichtstärke beträgt dann ca. 100 nm, genug für die Beschichtung von Sensor-Oberflächen.
Titelaufnahme
O. Shekhah, H. Wang, S. Kowarik, F. Schreiber, M. Paulus, M. Tolan, Ch. Sternemann, F. Evers, D. Zacher, R. A. Fischer, and Ch. Wöll: Step-by-Step Route for the Synthesis of Metal-Organic Frameworks. In: J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15118-15119
Weitere Informationen
Prof. Dr. Christof Wöll, Lehrstuhl für Physikalische Chemie I der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel: 0234/32-25529, Fax: 0234/32-14182, E-Mail: woell@pc.ruhr-uni-bochum.de, Internet: http://www.pc.rub.de
