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Projekt
Untersuchungen zur Selektivität von Adsorptionsvorgängen an flexiblen metallorganischen Gerüstverbindungen mittels in situ- und Festkörper-NMR-Spektroskopie
Antragsteller
Professor Dr. Eike Brunner
Fachliche Zuordnung
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Förderung
Förderung von 2016 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279409724
Das vorliegende Projekt dient der Weiterentwicklung des grundlegenden Verständnisses der ausgeprägten Strukturveränderungen („Schaltbarkeit“) spezieller, sog. flexibler metall-organischer Gerüstverbindungen (flexible MOFs) unter äußeren Stimuli (QP1). Die geplanten Untersuchungen flexibler MOFs sind Teil von QP2 dieser DFG-Forschergruppe. Der Schwerpunkt des Projektes in der zweiten Förderperiode ist die Untersuchung flexibler MOFs im Hinblick auf die selektive Adsorption aus Gas- bzw. Flüssigkeitsgemischen (QP4). Die Ergebnisse werden helfen, die besonderen Eigenschaften - im Rahmen der Teilprojekte S1 und S2 synthetisierter - flexibler MOFs im Hinblick auf Separationsprozesse zu bewerten (QF1). Außerdem ist geplant, schaltbare Katalysatoren beruhend auf flexiblen MOFs zu charakterisieren (QF2). Zusammen mit in situ Röntgendiffraktionsuntersuchungen (S2) und in situ EPR Messungen (P2), werden die geplanten Untersuchungen sehr wahrscheinlich zu einem tieferen und vollständigeren grundlegenden Verständnis des strukturellen Schaltungsprozesses und seines Einflusses auf die Selektivität der Adsorption beitragen. Das Projekt wird substantiell von der Zusammenarbeit mit theoretisch arbeitenden Gruppen profitieren (T1,T2). Die Untersuchungen werden hauptsächlich auf in situ und Festkörper-NMR-Spektroskopie beruhen. In situ NMR-spektroskopische Adsorptionsuntersuchungen werden unter Verwendung von Gasmischungen wie 13CO2/13CH4, 13CO2/13CO, C3H8/C3H6 (13C- und/oder 2H-angereichert) und 129Xe/83Kr durchgeführt. Flüssigkeitsadsorption, auch aus Mischungen, soll mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie an flexiblen MOFs studiert werden. Dabei werden moderne Methoden der Festkörper-NMR-Spektroskopie verwendet, um das MOF-Gitter und seine strukturellen Veränderungen beispielsweise durch 13C MAS NMR, 1H-13C HETCOR (heteronuclear correlation) und andere Experimente zu untersuchen. Der Zustand adsorbierter Moleküle sowie ihre Wechselwirkung mit dem MOF-Gitter werden mit Experimenten wie 2H NMR-Spektroskopie, Kreuzpolarisation, sowie Abstands-sensitiven Methoden wie REDOR (rotational echo double resonance) studiert. Zusammenfassend dient das Projekt somit der Beantwortung folgender Fragen:1) Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Flexibilität mancher MOFs und der Selektivität von Adsorptionsvorgängen? Die Beantwortung dieser Frage wird helfen, besonders selektive MOFs mit Anwendungspotential, z.B. für Separationsvorgänge und in der selektiven Katalyse zu entwickeln.2) Welche molekularen Wechselwirkungen zwischen flexiblen MOFs und adsorbierten Molekülen sind für das strukturelle Schalten verantwortlich und beeinflusst die Flexibilität des Gitters den Zustand der adsorbierten Moleküle? Diese Untersuchungen zielen darauf ab, ein grundlegendes Verständnis für den Einfluss der adsorbierten Moleküle auf den Schaltvorgang zu entwickeln und spezifische Wechselwirkungen der adsorbierten Moleküle mit dem MOF-Gitter zu identifizieren.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
