MOF-Herstellung vereinfacht und beschleunigt

3. April 2011, 18:16
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Vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die porösen Feststoffe denkbar

Wien - Sogenannte metall-organische Gerüstverbindungen (Metal Organic Framework, MOF) gelten als Zukunftsmaterialien mit vielfältigen Anwendungen. Ihre hochporöse Struktur macht sie etwa als effiziente Speicher für Wasserstoff interessant. Bisher war allerdings die Herstellung dieser Materialien nicht sehr effizient. Einem internationalen Forscherteam unter Beteiligung österreichischer Wissenschafter ist es nun gelungen, MOF ganz gezielt und deutlich schneller als bisher wachsen zu lassen. Ihre Methode wurde kürzlich in der Wissenschaftszeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

MOF sind hoch geordnete, poröse Feststoffe mit großer innerer Oberfläche. In ihrer dreidimensionalen Kristallstruktur dienen Metalloxide als Knotenpunkte, die mit organischen Molekülen wie Kohlenwasserstoffen verbunden sind. Dadurch entsteht ein von Hohlräumen und Kanälen durchzogenes Material. In Pulverform könnten winzige MOF-Kristalle in einem Tank etwa zur Speicherung von Gasen wie Wasserstoff, Kohlendioxid oder Erdgas genutzt werden. Vorstellbar wäre auch ihr Einsatz als Nanosieb zur Reinigung von Gasen oder Flüssigkeiten oder in der Medizin als Wirkstoffspeicher und -transporter.

Herstellungsproblem

Das Problem bei der Herstellung von MOF war bisher allerdings, dass man ihr Wachstum nicht kontrollieren konnte und dieses sehr langsam erfolgte, erklärte Heinz Amenitsch vom Institut für Biophysik und Nanosystemforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) im Gespräch. Dies habe viele potenzielle Anwendungsmöglichkeiten der MOF eingeschränkt. Ein Team von Forschern aus Australien, Italien und Österreich entwickelte nun die Methode des "Seeding" und konnte damit dieses Herstellungsproblem lösen.

Einen wesentlichen Beitrag dazu lieferte die Gruppe um Amenitsch an der Außenstelle des ÖAW-Instituts für Biophysik und Nanosystemforschung am Elektronenspeicherring ELETTRA in Triest. Mit Hilfe von Röntgenlithographie konnten sie dreidimensionale Oberflächen mit zahlreichen Vertiefungen herstellen, vergleichbar einem Eierbehälter, der 20 Mikrometer, also einen Haardurchmesser groß ist. In die Vertiefungen dieser Schablonen wird jeweils ein keramisches Mikropartikel eingebracht, das quasi als Kristallisationskern fungiert und die MOF gezielt zum Wachstum bringt. Durch die dreidimensionalen Oberflächen kann das Wachstum der MOF nach Angaben der Wissenschafter nun exakt kontrolliert und gesteuert werden, durch die "Seeds" ist es zudem dreimal so schnell wie bisher.

Gewünschte Eigenschaft

Die Verwendung der "Seeds" bietet zudem weitere Vorteile. So kann die Eigenschaft der "Samen"-Teilchen durch die Zugabe von aktiven Nanopartikeln verändert werden - etwa magnetisch, lumineszierend, katalytisch, etc. "Damit bekommt man eine funktionelle Eigenschaft im Kern und eine extrem große Oberfläche rundherum", so Amenitsch. Ein MOF mit lumineszierendem Kern könnte beispielsweise als optischer Sensor genutzt werden: Sobald die Konzentration eines bestimmten Gases im MOF die Leuchtkraft des Kerns verändert, lässt sich das messen und Alarm schlagen.

Bis zu konkreten Anwendungen der MOF ist nach Meinung Amenitschs "noch einiges an Arbeit reinzustecken". Er rechnet mit einem Zeithorizont von bis zu fünf Jahren. (APA)

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