Verfahren zur Herstellung metallorganischer Gerüste

Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs – Metal Organic Frameworks) ermöglichen es, nanoskalige Objekte zu speichern und für verschiedene Anwendungen bereitzustellen. Sie finden daher immer mehr Interesse in vielen Forschungsbereichen wie Materialwissenschaften, Biologie und Medizin. MOFs sind hochgeordnete molekulare Systeme, die aus metallischen Knotenpunkten und organischen Streben bestehen. Die Poren in diesen Gerüsten sind frei zugänglich. Zur Speicherung von Wasserstoff und anderen kleinen Molekülen wie Kohlendioxid oder Methan werden MOFs als Pulver eingesetzt. Für anspruchsvollere Anwendungen, etwa zum Speichern und anschließenden Freisetzen von Antibiotika, sind jedoch mechanisch stärker belastbare MOF-Beschichtungen erforderlich.

Wissenschaftler um Professor Christof Wöll arbeiten daher an neuen Verfahren zur MOF-Herstellung: Sie lassen die MOF-Strukturen epitaktisch, das heißt schichtweise, auf der Oberfläche von Substraten wachsen (SURMOFs – Surface Mounted Metal Organic Frameworks). So lassen sich Größe und Form der Poren ebenso wie deren chemische Funktionalität für die jeweilige Anwendung maßschneidern. Eine am IFG entwickelte spezielle Methode, die sogenannte Flüssigphasen-Epitaxie (LPE – Liquid Phase Epitaxy) gestattet es, auch Gerüststrukturen herzustellen, die sich mit den normalen nasschemischen Methoden nicht erzeugen lassen. Wie die genaue theoretische Analyse der Arbeitsgruppe von Professor Thomas Heine an der Jacobs University Bremen zeigte, sind die Wechselwirkungen zwischen den organischen Streben für die Stabilität dieser großporigen Gerüste verantwortlich. In einer Arbeit stellen die beteiligten Forscher eine Serie von strukturell verwandten, hochsymmetrischen Typen von Gerüstverbindungen vor, die mit der LPE-Methode hergestellt wurden und besonders große Poren aufweisen.

Zur Herstellung dieser neuartigen, als „SURMOFs 2“ bezeichneten Serie von MOFs synthetisierten die Wissenschaftler verschiedene, sehr spezielle organische Moleküle verschiedener Länge. Die Porengröße der neuen metallorganischen Gerüstverbindungen beträgt zurzeit schon bis zu drei mal drei Nanometer. Damit bieten die Poren bereits jetzt Platz für kleine Proteine. Die Forscher arbeiten intensiv daran, die Länge der organischen Streben noch weiter zu vergrößern, um noch größere Proteine und im nächsten Schritt sogar metallische Nanopartikel in die Gerüststrukturen einzubetten, was interessante Anwendungen in der Optik und Photonik ermöglicht.

COMPAMED.de; Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)