Rationales Design und quantitative Evaluierung von MOF-basierten Stationärphasen für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Malvina Supper
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 586202551

Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) sind neuartige, hochporöse Materialien, die man sich wie einen „molekularen Baukasten“ aus Metallen und organischen Bausteinen vorstellen kann. Ihr besonderer Vorteil liegt in ihren extrem regelmäßigen Poren, deren Größe und chemische Eigenschaften mit nahezu grenzenloser Präzision maßgeschneidert werden können. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die chemische Analytik – insbesondere für die Trennung komplexer Gemische in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), bei der herkömmliche Materialien oft an ihre Grenzen stoßen. Obwohl bereits gezeigt wurde, dass MOFs außergewöhnliche Trenneigenschaften besitzen, ist bisher unklar, wie genau die Struktur des Materials die Geschwindigkeit und Qualität der Trennung beeinflusst. In der Praxis führt dies dazu, dass viele MOF-basierte Trennungen noch langsam oder ineffizient sind. Ziel dieses Projekts ist es, die physikalischen Gesetzmäßigkeiten hinter diesen Trennprozessen zu entschlüsseln. Hierzu werden spezielle MOFs mit definierten Partikelgrößen und Porenkanälen synthetisiert und als Trennmaterial in HPLC-Säulen getestet. Durch präzise Messungen des Stofftransports wird untersucht, wie schnell sich Zielmoleküle durch das Porensystem bewegen und welche Faktoren die Trennung behindern. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Unterscheidung zwischen rein scheinbaren Effekten und der tatsächlichen Leistungsfähigkeit des Materials. Die gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um klare „Design-Regeln“ für die nächste Generation von Trennmaterialien aufzustellen. Diese werden anschließend an anspruchsvollen Beispielen validiert, wie etwa der Reinigung von Bausteinen für Medikamente oder komplexen Polymeren. Durch die Steigerung der Trenneffizienz leistet diese Arbeit zudem einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Chemie: Optimierte MOF-Phasen können den Lösungsmittelverbrauch erheblich senken und Produktionszeiten in der pharmazeutischen Industrie verkürzen. Letztlich soll dieses Projekt dazu beitragen, MOFs von einem Forschungsobjekt im Labor zu einem verlässlichen und vorhersagbaren Werkzeug für die moderne chemische Industrie und Analytik weiterzuentwickeln.

• DFG-Verfahren: Stipendium
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeber: Professor Takashi Uemura, Ph.D.