Metall-Imidazolat-Gläser aus schmelzbaren Zeolitischen Imidazolat-Gerüsten – Fundamentales Verständnis, Porosität, Funktionalisierung & Modifizierung

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Henke
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447344931

Gläser sind von zentraler technologischer Bedeutung für unsere moderne Gesellschaft und finden weitreichende Anwendungen als Baumaterialien in der Displaytechnik, Optik und Mikroelektronik, aber auch als funktionale Membranen. Traditionell werden Gläser entweder in anorganische (z.B. Oxidgläser, wie Silikat- oder Boratgläser) und organische Gläser (z.B. verschiedene organische Polymere) eingeteilt. Erst kürzlich wurde eine ganz neue Klasse von Glasmaterialien vorgestellt, die sowohl aus organischen als auch aus anorganischen Bausteinen basiert. Diese Gläser leiten sich von sogenannten Zeolitic Imidazolate Frameworks (ZIFs, zeolithartige Imidazolat-Gerüststrukturen) ab, einer Untergruppe der Metal-Organic Frameworks (MOFs, metallorganische Gerüststrukturen), einer großen Familie von Netzwerkverbindungen auf Basis der Werner’schen Koordinationschemie. Die ZIF-Gläser sind strukturell mit den wohlbekannten Silikatgläsern verwandt, können jedoch aufgrund ihrer organischen Baueinheiten chemisch funktionalisiert werden. Darüber hinaus weisen die ZIF-Gläser intrinsische Mikroporosität auf, wodurch sie Potential für Anwendungen in der Gastrennung und als Ionenleiter besitzen. Ein genereller Vorteil der ZIF-Gläser gegenüber ihren kristallinen Ausgangsverbindungen ist ihre Formbarkeit in flüssiger Phase. Bis dato sind allerdings nur sehr wenige schmelzbare ZIFs bekannt, die in Gläser überführt werden können. In diesem Projekt wollen wir zur Entwicklung neuer ZIF-Gläser mit funktionalisierten organischen Bausteinen und verschiedenen Metallzentren beitragen. Durch eine detaillierte Analyse der neuen glasbildenden ZIFs wollen wir außerdem die chemischen und topologischen Anforderungen des Schmelzens und der Glasbildung verstehen. Darüber hinaus wollen wir Beziehungen zwischen der chemischen Zusammensetzung und den Textureigenschaften (z.B. Porenvolumen und Porengröße, Gassorptionsselektivität) der ZIF-Gläser extrahieren. Schließlich wollen wir Methoden zur Funktionalisierung und Modifizierung von ZIF-Gläsern durch Anwendung des Prinzips des Flüssigphasenmischens untersuchen – ein Prinzip, das für (Boro-)Silikat- und Polymergläser seit langem etabliert ist. Dadurch sollen neue synthetische Werkzeuge für die Synthese von ZIF-Gläsern mit zusätzlicher Funktionalität, wie z.B. erhöhte und einstellbare (hierarchische) Porosität, Lumineszenz oder Ionenleitfähigkeit, bereitgestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen