Poren: Das variable Nichts in einem Netzwerk

30.08.2010 - Deutschland

Poröse Materialien trennen Stoffe voneinander, speichern sie oder katalysieren ihre Umsetzung in chemischen Reaktionen. Solche Materialien sind die stark adsorbierende Aktivkohle und die in Waschmitteln eingesetzten Zeolithe. Metallorganische Gerüstverbindungen sind als organische poröse Materialien noch leistungsfähiger. Wie Chemiker solche Netzwerke herstellen und erforschen und wozu sie nützlich sind, berichten die „Nachrichten aus der Chemie“.

Aktivkohle und Zeolithe zeichnen sich durch eine große, innere Oberfläche mit einer porenreichen Struktur aus: In einem Gramm Aktivkohle haben Wassermoleküle auf einer Oberfläche von bis zu 1500 Quadratmetern Platz, was die Aktivkohle zu einem der beliebtesten Trockenmittel macht. Die Zeolithe reduzieren die Härte von Wasser, indem sie selektiv Calciumionen daraus entfernen und in ihr starres, anorganisches Gerüst einlagern.

Die metallorganischen Gerüstverbindungen (metal organic framework, MOF) haben eine größere spezifische Oberfläche als Aktivkohle und Poren, mit denen sie besser als Zeolithe selektieren.

Die Dynamik einiger MOFs, ihre größenverstellbaren Poren und die Strukturvielfalt unterscheiden die metallorganischen Netzwerke von allen übrigen porösen Materialien. Tritt ein Gastmolekül in das MOF ein, so expandiert oder kontrahiert das metallorganische Gerüst und gelangt anschließend in seinen Ausgangszustand zurück – wie bei einem Atmungsprozess. Abhängig vom Gastmolekül ändert sich dabei die Struktur des Netzwerks so drastisch, dass es einem Phasenübergang vom Eis zum Wasser ähnelt. Sollen sich nur polare Moleküle in das Gerüst einlagern, verschließen nanometergroße Türen aus funktionellen Gruppen die Poren.

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