Metallorganische Gerüstverbindungen

(engl. Metal-Organic Frameworks, kurz MOFs)

Motivation:

Metallorganische Gerüstverbindungen haben sich in den letzten Jahren als eine neue Klasse hochporöser Materialien etabliert, welche sich durch sehr hohe spezifische Oberflächen auszeichnen (bis 6000 m²/g). Des Weiteren ist durch den modularen Aufbau aus anorganischen Knotenpunkten und organischen Bausteinen eine gezielte, anwendungsspezifische Einstellung von Porengröße sowie von chemischer Beschaffenheit der Porenwände (Funktionalität) möglich. Mit ihren herausragenden Eigenschaften übertreffen MOF-Substanzen traditionelle Adsorbentien wie Zeolithe und Aktivkohlen signifikant und sind prädestiniert für Anwendungen u. a. im Bereich der Gasspeicherung,^[1-2] für Trennverfahren^[3] sowie in der Sensorik.^[4]

 Abbildung 1: Vergleich der Materialeigenschaften der neuen Materialklasse der MOFs mit denen klassischer Adsorbentien.


So zeigen ausgewählte MOFs im Vergleich zu herkömmlichen Aktivkohlen für den Atemschutz verbesserte Performance für polare Schadstoffe. Auch im Bereich der Trennung verschiedenster Verbindungen (z. B. Olefine/Paraffine, chirale Verbindungen oder Edelgase)^[3] werden Vorteile im Vergleich zu den klassischen Zeolithen diskutiert, die durch die gezielte Funktionalisierung der organischen sowie anorganischen Bausteine ermöglicht werden.

Durch das DFG Schwerpunktprogramm SPP 1362 (2008-2014) konnte Deutschland innerhalb weniger Jahre eine Spitzenposition in der MOF-Forschung erreichen. Aktuell werden 36 deutsche Gruppen gefördert, die in interdisziplinär aufgestellten Teams MOF-Materialien in unterschiedlichsten Funktionen evaluieren. Gleichzeitig zeigt sich in den letzten Jahren ein zunehmendes industrielles Interesse, MOF Materialien in unterschiedlichen Anwendungsgebieten wie Gasreinigung, Trennprozesse, Wärmespeicherung und Katalyse zu etablieren.^[5]
Aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit und noch wenig etablierten Formgebungsprozessen konnten MOFs bis heute aber kaum etablierte Adsorbentien verdrängen.
Der temporäre Arbeitskreis MOFs setzt sich daher zum Ziel, den Informationsaustausch zwischen Universitäten, Forschungsinstituten und Industrie zu unterstützen, um die Potentiale und Einsatzgebiete der Materialien einem breiten Anwenderkreis zugänglich zu machen.
Hierzu organisiert der TAK gezielte Workshop- und Informationsveranstaltungen (themen-spezifische Infotage) und vermittelt Experten.

Ziele:

• Partnerentwicklung und Informationsaustausch zwischen Industrie, Universitäten und Forschungsinstituten fördern
• Ermittlung des Forschungsbedarfs durch Dialog mit Industriepartnern
• Ausbildung einer Kommunikationsplattform
• Information und Weiterbildung
• Netzwerkbildung
• Expertenvermittlung
• Förderempfehlungen

 Literatur:

[1] Wei Zhou, Methane Storage in Porous Metal−Organic Frameworks: Current Records and Future Perspectives, The Chemical Record 2010, 10, 200-204.
[2] Myunghyun Paik Suh, Hye Jeong Park, Thazhe Kootteri Prasad, and Dae-Woon Lim, Hydrogen Storage in Metal-Organic Frameworks, Chem. Rev. 2012, 112, 782-835.
[3] Jian-Rong Li, Julian Sculley, and Hong-Cai Zhou, Metal-Organic Frameworks for Separations, Chem. Rev. 2012, 112, 869-932.
[4] Lauren E. Kreno, Kirsty Leong, Omar K. Farha, Mark Allendorf, Richard P. Van Duyne, and Joseph T. Hupp, Metal-Organic Framework Materials as Chemical Sensors, Chem. Rev. 2012, 112, 1105-1125.
[5] Alexander U. Czaja, Natalia Trukhan and Ulrich Müller, Industrial applications of metal-organic frameworks, Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 1284-1293.

Projekte, die sich mit MOFs beschäftigen:

• nanoMOF
  http://www.nanomof-project.eu/
  

• Schwerpunktprogramm "Metall-organische Gerüstverbindungen" (Priority Program "Porous Metal-organic Frameworks") (SPP 1362)
  http://www.metal-organic-frameworks.de/
  

   

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