Metal-organic frameworks

Abstract

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) sind funktionelle Hybridmaterialien mit vielseitigen Anwendungen, die von Katalyse und Gastrennung bis zur CO₂-Speicherung reichen. Für einen industriellen Einsatz müssen MOFs immobilisiert werden, beispielsweise durch Hochdruckverpressung oder mittels Schmelzguss zu Glasmembranen. Diese Arbeit untersucht zwei zentrale Aspekte dieser Prozesse: die gezielte Einstellung der Materialeigenschaften von MOF-Gläsern durch chemische Modifikation (Teil I) sowie das strukturelle Verhalten einer Reihe kristalliner MOFs unter Hochdruck (Teil II).

Teil I untersucht die Übertragbarkeit bewährter Konzepte der Silikatglaschemie auf einen prototypischen MOF-Glasbildner und zeigt, wie durch die Inkorporation von Modifikatoren Glaseigenschaften (z.B. thermische und strukturelle Eigenschaften, Porosität) systematisch gesteuert werden können. Dies erweitert den konzeptionellen Gestaltungsspielraum von MOF-Gläsern und eröffnet neue Ansätze zur Fertigung poröser Membranmaterialien.

Teil II untersucht das Hochdruck-Verhalten einer Reihe strukturell verwandter MOFs bis zu einem hydrostatischen Druck von 4000 bar mittels in-situ Pulverröntgendiffraktion. Die Ergebnisse zeigen, wie anorganische und organische Baueinheiten Kompressibilität und Stabilität beeinflussen. Die gewonnenen Einblicke in Struktur-Eigenschaftsbeziehungen sind für den Einsatz von MOFs in Hochdruckprozessen der chemischen Industrie von hoher Relevanz.