Porous Metal-Organic Frameworks (MOFs)

<p>Por?se Materialien spielen eine Schlüsselrolle in der Entwicklung neuer Technologien für die Energiespeicherung, Luft und Wasseraufbereitung, Sensorik, Katalyse und Medizin. Metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: Metal-Organic Frameworks, kurz: MOFs) wurden in den letzten Jahren als eine neue Klasse por?ser Materialien identifiziert, die in Bezug auf ihr Speicherverm?gen signifikant über das etablierter Materialien (Aktivkohle, Zeolithe) hinausgehen. Sie sind durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet, der eine rationale Konstruktion ma?geschneiderter Porengr??en erm?glicht. Damit k?nnen Poren in Gr??e und Funktion an das selektiv zu adsorbierende Molekül systematisch angepasst werden. Der baukastenartige Aufbau aus einem anorganischen Cluster und einem organischen multifunktionellen Liganden (engl.: Linker) erm?glicht zudem die gezielte Integration von Funktionen und Erkennungsmustern, welche zu spezifischen Wechselwirkungen führen.</p>

<p>Die Entdeckung der MOFs gelang amerikanischen und japanischen Wissenschaftlern in den 90er Jahren. In Deutschland hingegen hat man erst vor wenigen Jahren MOFs als neue por?se Materialien mit herausragenden Eigenschaften identifiziert, obwohl in Deutschland exzellente Expertise in der Synthese, Strukturaufkl?rung sowie der Integration por?ser Materialien in Systeme wie Katalysatoren, Membranen und Sensoren vorhanden ist.</p>

<p>Um zu verhindern, dass Deutschland den Anschluss in diesem innovativen Technologiesektor verliert, besch?ftigt sich das geplante Schwerpunktprogramm mit der Herstellung, den physikalischen Eigenschaften und der gezielten Integration von Funktionen in MOFs. Dabei sollen durch Auswahl geeigneter Bausteine spezifische Wechselwirkungen zwischen Molekülen und dem Netzwerk integriert werden, welche die Speicherung, sensorische Erfassung, stoffliche Umsetzung oder Reinigung von molekularen Stoffen in MOFs erm?glichen. Auf diese Weise sollen neue Materialien für die Energiespeicherung in Form von kleinen Molekülen wie Wasserstoff oder Methan hergestellt werden. Für die Sensorik stehen Materialien im Vordergrund, welche eine ?nderung der optischen oder elektrischen Eigenschaften für die Detektion von Molekülen nutzen. Bei der stofflichen Umsetzung durch Katalyse sind solche Materialien von Bedeutung, die spezifische, katalytisch aktive Stellen im Gerüst bieten. In allen diesen F?llen steht das grundlegende Verst?ndnis der Wechselwirkungen zwischen dem Gerüst und den adsorbierten oder reagierenden Molekülen im Vordergrund. Insbesondere physikalische Methoden wie R?ntgen- und Neutronenbeugung, Adsorptionsmessungen, magnetische Kernresonanzspektroskopie und andere spektroskopische Methoden k?nnen zur lokalen Analyse der Bindungsstellen genutzt werden. Dabei gilt es, bevorzugte Adsorptionspl?tze im por?sen Gerüst sowie die strukturelle Dynamik von Molekülen innerhalb der Pore zu ermitteln. Hierzu ist eine modellhafte Beschreibung durch moderne theoretische Methoden (DFT, Molekulardynamik) unerl?sslich, um experimentelle Ergebnisse interpretieren zu k?nnen.</p>

<p>Die intensive Zusammenarbeit von synthetisch, physikalisch analytisch und theoretisch arbeitenden Arbeitsgruppen mit Wissenschaftlern, die physikalische Eigenschaften und Funktionen prüfen, führt zu einem grundlegenden wissenschaftlichen Verst?ndnis der Wirt-Gast-Wechselwirkungen von Molekülen in MOFs. Dieses Verst?ndnis ist entscheidend, um den modularen Aufbau für die gezielte Integration neuer Funktionen in MOFs nutzen zu k?nnen.</p>