BESSY II: Neue Einblicke in schaltbare MOF-Strukturen an den MX-Beamlines

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) finden breite Anwendung in Gasspeicherung, Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Eine spezielle Klasse dieser MOFs hat nun ein Team um Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden, an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht. Es handelt sich um „schaltbare“ MOFs, die auf äußere Reize reagieren können. Ihre Analyse zeigt, wie das Verhalten des Materials mit Übergängen zwischen geordneten und ungeordneten Phasen zusammenhängt. Die Ergebnisse sind nun in Nature Chemistry publiziert.

Metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: metal-organic framework compounds – MOFs) bestehen aus anorganischen und organischen Gruppen und zeichnen sich durch eine Unzahl an Poren aus, in die sich andere Moleküle einlagern können. Daher sind MOFs für viele Anwendungen interessant, beispielsweise für die Speicherung von Gasen, aber auch Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Einige dieser MOF-Strukturen reagieren auf unterschiedliche Gastmoleküle , indem sie ihre Strukturen verändern. Sie gelten damit als schaltbar.

Dazu gehört auch „DUT-8“, ein Material, das nun an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht wurde. „MOF-Kristalle lassen sich an den MX-Beamlines sehr gut analysieren“, sagt HZB-Experte Dr. Manfred Weiss, der das MX-Team leitet. „Denn MOF-Kristalle weisen viele Gemeinsamkeiten mit Proteinkristallen auf. So sind beide von großen Poren durchsetzt, die in den Proteinkristallen mit Flüssigkeit gefüllt sind, während die in den MOFs Gastmolekülen Raum bieten“ erläutert Weiss.

„Die Beugungsdiagramme, die DUT-8 an den HZB-MX-Strahlrohren zeigte, waren äußerst komplex. Wir konnten dies nun auf diverse Übergänge zwischen geordneten und weniger geordneten Phasen zurückführen“, erläutert Stefan Kaskel. „Dabei dirigiert das eingeschlossene Gastmolekül das Netzwerk in eine von über tausend möglichen Fehlordnungskonfigurationen.“

Die Ergebnisse tragen dazu bei, Schaltprozesse und Gasaustauschreaktionen in solchen MOF-Strukturen besser zu verstehen, so dass künftige funktionale MOF-Materialien zielgerichtet entwickelt werden können.

Die Untersuchungen wurden durch das DFG-Programm (FOR2433) unterstützt.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden
Dr. Manfred Weiss, HZB

Originalpublikation:

Nature Chemistry (2021)

Adaptive response of a metal–organic framework through reversible disorder–disorder transitions

S. Ehrling, E. M. Reynolds, V. Bon, I. Senkovska, T. E. Gorelik, J. D. Evans, M. Rauche, M. Mendt, Manfred S. Weiss, A. Pöppl, E. Brunner, U. Kaiser, A. L. Goodwin and S. Kaskel
DOI: 10.1038/s41557-021-00684-4

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