Synthese von hydrolytisch stabilen Metall-organischen Gerüstverbindungen mittels der Kontrolle von Hydrophobizität der inneren Oberfläche

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kaskel
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245128070

Das Ziel des vorliegenden Projektes ist die Nutzung des modularen Aufbauprinzips von MOFs für die Synthese von neuen, hydrolytisch stabilen Gerüstverbindungen mit großen, für Gasmoleküle zugänglichen Hohlräumen. Als rationales Synthesekonzept werden zwei Strategien verfolgt:a) Erhöhung der Bindungsstärke zwischen Metall und Ligandb) Synthese von MOFs mit hydrophober innerer OberflächeUm diese Ziele zu erreichen, wird die innere Oberfläche mit hydrophoben Gruppen, wie zum Beispiel Trifluoromethyl, dekoriert. Insgesamt umfasst die Forschung nicht nur die Synthese und Strukturaufklärung, sondern auch eine Studie zum Verständnis grundlegender Aspekte der Wasseraufnahme in Bezug auf Wasser-Feststoff-Reaktionen.Um die hydrolytische Stabilität von MOFs zu verbessern, werden verschiedene Strategien verfolgt: die Arbeitsgruppe von Prof. Bharadwaj (Indien) wird Liganden mit Heteroatom-Donorgruppen, wie Pyridine oder Imidazole, in Kombination mit Carboxylatgruppen verwenden, um die Bindungsstärke zwischen Linker und Metall zu erhöhen. Zusätzlich wird die Einführung von hydrophoben Gruppen (wie beispielsweise CF3) untersucht, um zum Einen die hydrophobe und wasserabweisende Oberfläche zu generieren und zum Anderen die Adsorptionsfähigkeit für hydrophobe Moleküle (Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff) zu verbessern.Die deutsche Forschergruppe wird sich auf die Synthese von mesoporösen Zr basierenden MOFs in Kombination mit der Einführung von hydrophoben Monocarbonsäuren konzentrieren, was eine entscheidende Rolle bei der Abschirmung von Metall-Clustern spielt. Die Mesoporosität dieser Verbindungen ist notwendig, um hohe Speicherkapazitäten bei der Hochdruckspeicherung von Gasen zu erreichen.Untersuchungen zu Adsorptionseigenschaften der MOFs aus beiden Arbeitskreisen sowie die systematische Untersuchung von Einflüssen der eingebrachten funktionellen Gruppen auf die Adsorptionseigenschaften und Wärmen werden von der Gruppe von Prof. Kaskel durchgeführt.Strategische Ziele:Identifikation von hydrolytisch stabilen MOFs;Kontrolle von Oberflächenhydrophobizität;Erhöhung der hydrolytischen Stabilität;Wasseradsorptionsmechanismen an MOFs mit unterschiedlich; hydrophober/hydrophiler Oberfläche.Linkerchemie:Design und Synthesestrategie für Linker mit Pyridin- oder Imidazol-Donorgruppen in Kombination mit Carboxylatgruppen;Einbringen von hydrophoben funktionellen Gruppen in MOFs;Modulare Linkerkonzepte für systematisches Massschneidern von spezifischen Wechselwirkungen.Synthesemethoden und Strukturanalyse:Integration von neuen Linkern in stabile poröse Netzwerke;Synthese von Einkristallen;Einkristallröntgenstrukturanalyse;Aufskalierung für Gasadsorptionsexperimente.Porosität :Adsorptionstechniken in Lösung (Farbstoffadsorption) und in der Gasphase (N2 bei -196°C);Wasserdampfadsorption zur Bestimmung der Hydrophobizität der MOFs.Funktion:Hochdruckgasspeicherung für diverse Gase (H2, CH4, CO2);n-Butanadsorption

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Science and Technology (DST)
• Beteiligte Person: Professor Dr. Parimal K. Bharadwaj