Fundamental host-guest interactions in porous metal organic frameworks. A combined experimental and theoretical approach

• Antragsteller: Professor Dr. Rochus Schmid; Privatdozent Dr. Frank Stallmach
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 79705206

Die wesentliche Zielstellung des Projektes besteht in der Aufklärung von Wirt-Gast-Wechselwirkungen in Metallorganischen Netzwerken auf einer mikroskopischen (molekularen) Skala durch Verknüpfung einzigartiger experimenteller und theoretischer Methoden. Im Mittelpunkt stehen dabei Verfahren zur Bestimmung der Diffusions- und Rotationsbewegung der Gastmoleküle, weil die Gastbeweglichkeit im Vergleich zu reinen statischen Adsorptionsuntersuchungen wesentlich empfindlicher für die Wirt-Gast-Wechselwirkungsmechanismen ist. Die Grundlagen für das Erreichen dieser Zielstellung bilden hochentwickelte NMR-Verfahren und ab initio parameterisierte Kraftfelder, die – ausgehend von den unabhängigen Vorarbeiten beider Antragsteller – in der ersten Projektphase des SPP 1362 entwickelt wurden. Da trotz dieser Erfolge die Zeitskalen der NMR-Diffusionsuntersuchungen und MD-Simulationen um mehrere Größenordnungen auseinanderliegen, besteht ein wesentliches Ziel in diesem Förderzeitraum darin, die Rotationsbewegung der Gastmoleküle im Porenraum der MOFs in die Aufklärung der Wirt-Gast-Wechselwirkungen einzubeziehen. Dazu werden im Wesentlichen über die bisher durchgeführten PFG-NMR-Diffusionsmessungen hinaus NMR-Relaxationsuntersuchungen der adsorbierten Moleküle systematisch durchgeführt und solche MD-Methoden entwickelt, mit denen Rotionsbewegungen ermittelt werden können. Zusätzlich werden wir die NMR und die Computersimulationen so erweitern, dass entsprechend Untersuchungen unter in situ-Bedingungen, d. h. insbesondere unter hohen statischen Gasdrücken, durchgeführt werden können. Auf dieser Grundlage werden mit den entwickelten Methoden in Zusammenarbeit mit anderen Projektgruppen des SPP 1362 zwei technisch wichtige Anwendungen detailliert untersucht, nämlich die Beweglichkeit von CO2 und CH4 in MOFs, die zur Gastrennung entwickelt werden, und die Beweglichkeit chiraler Moleküle in chiralen MOFs, die gegenwärtig für den Einsatz in der Stofftrennung und in der Katalyse diskutiert werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1362: Poröse metallorganische Gerüstverbindungen