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Projekt
Exploration Al-basierter Metallorganischer Netzwerke mit mehreren verschiedenen Linkern und Funktionalitäten - mikroskopische Strukturierung und Protonenleitung
Antragsteller
Professor Dr. Jürgen Senker; Professor Dr. Norbert Stock
Fachliche Zuordnung
Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
Förderung
Förderung von 2015 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280984923
Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) sind eine Klasse poröser Materialien, deren Eigenschaften durch Variation der Gerüsttopologie, der organischen Linkermoleküle und durch den Einbau von Gastmolekülen kontrolliert werden kann. Hierbei sind aluminiumhaltige MOFs (Al-MOFs) aufgrund einer hohen thermischen und chemischen Stabilität von besonderem Interesse. Zudem ist Aluminium günstig, leicht erhältlich und nur gering toxisch. Die Untersuchung von Al-MOFs wird allerdings dadurch erschwert, dass diese meist nur als mikrokristalline Verbindungen anfallen und daher Struktur-Eigenschafts-Beziehungen schwerer bestimmbar sind. Das Projekt beschäftigt sich mit der Exploration polycarbonsäure-basierter Al-MOFs aus wässrigen und nicht-wässrigen Lösungen, wobei wir planen, auch funktionalisierte Linker und Linker-Mischungen einzusetzen. Durch Variation der Zahl und Anordnung funktioneller Gruppen streben wir an, neue anorganische Baueinheiten und bislang unbekannte Gerüststrukturen zu erhalten. Protonenleitfähigkeit wird dabei durch das Einbringen nicht-koordinierender acider Gruppen sowie durch Einlagerung amphoterer Gast-Moleküle bewerkstelligt. Das komplexe Wechselspiel zwischen den freien aciden Gruppen, der Gerüstdynamik, der Beweglichkeit der Gast-Moleküle und der Protonenmobilität sollen systematisch untersucht werden. Zusätzlich planen wir, den Einfluss der Partikelgröße auf die Leitfähigkeit zu studieren.Hierzu kombinieren wir die komplementären Kompetenzen der Arbeitsgruppen von N. Stock und J. Senker auf dem Gebiet der Al-MOFs. Für die synthetischen Untersuchungen zur Darstellung neuer Al-MOFs sollen in der AG Stock neue Hochdurchsatz-Reaktoren entwickelt werden, die eine systematische und effiziente Untersuchung des Einflusses der Reaktionstemperatur ermöglichen bzw. zur Durchführung von Dampfphasenkristallisationsreaktionen geeignet sind. Zusätzlich zur Synthese neuer und funktionalisierter Verbindungen soll die Partikelgröße einzelner Al-MOF variiert werden. Die Untersuchung von Ordnungsphänomenen isomorpher MOFs und von Wirt-Gast-Wechselwirkungen der so gewonnenen Materialien erfolgt mittels einer Kombination aus Pulverdiffraktometrie und Festkörper-NMR-Spektroskopie in der AG Senker. Letztere soll zudem zum Studium lokaler dynamischer Prozesse von Linker- und Gast-Molekülen sowie von aciden Protonen in einem großen Temperatur- und Frequenzbereich genutzt werden. Zur Unterscheidung zwischen der Beweglichkeit an äußeren und inneren Oberflächen der nanopartikulären MOFs arbeiten wir mit Hyperpolarisationstechniken. Die Ergebnisse der Messungen zur Protonendynamik werden durch impedanzspektroskopische Untersuchungen vervollständigt, die in enger Kooperation mit den Arbeitsgruppen von J. Janek, G. Papastavrou und M. Wark durchgeführt werden. Während für die meisten Materialien die DC-Leitfähigkeit im Vordergrund steht gilt es, für ausgewählte Systeme zusätzlich die AC-Leitfähigkeit basierend auf Equivalentschaltkreisen zu analysieren.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
