Gasbehälter en miniature

Poröse Netzwerke aus Van-der-Waals-Kristallen organischer Verbindungen können Methan und Kohlendioxid selektiv einlagern

19.01.2005

Waschpulver bestehen bekanntermaßen zum Teil aus anorganischen Zeolithen. Diese Aluminosilikate bilden poröse Strukturen, in deren Hohlräume Ionen und Moleküle eingelagert werden können. In Waschpulvern binden sie die für die Wasserhärte verantwortlichen Calcium- und Magnesiumionen. Noch weitgehend unbekannt sind dagegen die organischen Zeolithe, die ebenfalls vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten bieten, z. B. für die Aufbewahrung, Trennung und Reinigung von Gasen.

Ein solches Material haben italienische Wissenschaftler jetzt bis ins Detail untersucht. P. Sozzani und seine Mitarbeiter von der Universität Mailand bestimmten die Eigenschaften von Kristallen der organischen Verbindung Tris-o-phenylen-dioxycyclotriphosphazen. Diese nanoporösen Netzwerke werden nicht wie anorganische Salze durch Wechselwirkungen zwischen postiv und negativ geladenen Ionen zusammengehalten, sondern durch die viel schwächeren Van-der-Waals-Kräfte. In die 4.6 Å weiten Kanäle einer solchen offenporigen Schichtstruktur können z.B. die Gase Methan und Kohlendioxid eindringen. Dort treten sie über zusätzliche Van-der-Waals-Wechselwirkungen mit den aromatischen Ringen des Kristalls in Kontakt. Bei Drücken bis 600 Torr und niedrigen Temperaturen von -78 °C wurden bis zu 60 % der Bindungsstellen der Kristalle mit Methan und bis zu 100 % der Bindungsstellen mit Kohlendioxid beladen. Bei 25 °C waren es immer noch ca. 15 % für Methan und ca. 40 % für Kohlendioxid.

Andere Gasmoleküle, wie Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Argon können nicht in das Netzwerk eindringen oder werden dort nicht festgehalten. Diese hohe Selektivität ist eine der besonders interessanten Eigenschaften des Materials: Auf diese Weise ließe sich zum Beispiel Wasserstoff von kontaminierenden Kohlendioxid- und Methan-Rückständen befreien. Ein solcher hochreiner Wasserstoff wird als Treibstoff für Wasserstoffmotoren benötigt. Aber auch andere Anwendungen wie die Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft oder die Lagerung von Treibstoffen sind denkbar.

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