Multivariate, flexible MOFs: Die Rolle funktionalisierter Linker, Heteriogenität und Defekte

• Antragsteller: Professor Dr. Roland A. Fischer
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279409724

Basiered auf der in Zusammenarbeit innerhalb FOR 2433 erbrachten Ergebnissen während der 1. Förderperiode wird sich Projekt S1 in der 2. Periode hauptsächlich auf Forschungsfragen rund um die Funktionen der Materialien konzentrieren, vor allem auf QF2, nämlich auf Design, Synthese und Charakterisierung schaltbarer Katalysatoren catG@MOF. Die Bezeichnung catG bezieht sich auf katalytisch aktive Gäste, was sowohl strukturell definierte molekulare Katalysatoren (etabliert in der homogenen Katalyse) als auch Tensid-stabilisierte Metallnanopartikel einschließt. Die zugrundeliegende Forschungsfrage (QP3) ist, wie sich Defekte, Unordnung und Heterogenität auf das responsive Verhalten der flexiblen Ausgangs-MOFs auswirkt. Daher wird S1 im erweiterten Sinne zusätzlich die Inklusion von defG untersuchen, wobei die Notation defG sich auf Defekt-induzierende, jedoch katalytisch inaktive Gäste bezieht (z.B. nanoskaliges, sphärisches Polystyrol oder Siliciumdioxid). Die Bearbeitung von QF2, jedoch, verlangt nach ausgewählten flexiblen MOF Materialien, die ein schaltbares Verhalten unter Mehrkomponenten-Bedingungen fest/flüssig wie fest/gas aufweisen (QF1, d.h. die Umsetzung der Kenntnisse zu spezifischer vs. nicht spezifischer Adsorption/Schaltbarkeit, vgl. QP4). Diese gemischten Adsorptions-Phänomene werden an einer Auswahl von flexiblen MOFs studiert, die von S1 und S2 bereitgestellt werden. Damit in Zusammenhang steht ein zweiter Fokus von S1. Dieser bezieht sich auf die Untersuchung des mechanistischen Ursprungs der ultrahohen kinetischen Adsorptionsselektivität im Falle leichter Kohlenwasserstoffe an dem speziellen, Bienenwaben-strukturierten Netzwerk [Zn2(fu-bdc)2(bipy)]. Dieses fu-MOF weist zwar ein rigides Gerüst auf und unterliegt keinem Phasenübergang infolge von Gast-Aufnahme/Abgabe. Liegen jedoch am bdc-Gerüst C3-funktionalisierte Alkylether-Seitengruppen –OR (R: propyl, vinyl, propinyl) vor, so beobachten wir spektakuläre selektive Adsorption von Propen vs. Propan und Propin. Eine zeitaufgelöste Multikomponenten gas/fest-Adsorptions-Studie (S2, Durchbruchs-Experimente) kombiniert mit Festkörper-NMR (P1, deuterierte Kohlewasserstoffe als Gäste) und mit theoretischer Modellierung (T2, Mobilität und Diffusion von Gästen) wird durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2433: Schaltbare metallorganische Gerüstverbindungen (MOF-Switches)