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StartseiteForschung aktuellMOF-210: Kristallkäfig mit viel Metall06.04.2011

MOF-210: Kristallkäfig mit viel Metall

Mraseks Molekül-Mosaik

Das Molekül dieser Woche heißt MOF - oder kurz - MOF-210. Auch wenn es vielleicht so klingt: Wir haben es hier nicht mit einem Autokennzeichen zu tun, sondern mit einem "metallorganischen Gerüstmaterial". Im Englischen spricht man von "metal-organic framework". Daher die Abkürzung MOF. Ein Sammelbegriff für hochporöse Moleküle, die man mit unglaublich großen Gasmengen vollstopfen kann.

Von Volker Mrasek

Metallorganische Gerüstmaterialien können in einem einfachen Versuch hergestellt werden. (Tobias Stengel)
Metallorganische Gerüstmaterialien können in einem einfachen Versuch hergestellt werden. (Tobias Stengel)

Ein Labor bei der BASF in Ludwigshafen. Unter dem Luftabzug ein Rundkolben aus Glas.

"Da ist das MOF drin."

Noch ist die Flüssigkeit im Kolben klar:

"Im Moment ist noch eine Metallsalzlösung drin."

Doch dann wird eine zweite Flüssigkeit zugegeben. Und auf dem Glasboden sammelt sich weißer Niederschlag.

"Sinn und Zweck ist, das MOF überhaupt herzustellen in der Lösung. Später wird es abgesaugt."


Warum befasst sich ein Chemieriese wie die BASF intensiv mit dieser Sorte Moleküle? Weil es die MOFs im wahrsten Wortsinne in sich haben:

"Sie haben sowohl Anteile aus der anorganischen Chemie. Das sind Metalle und Metalloxide. Aber dann auch aus der organischen Chemie, beispielsweise Carbonsäuren. Und wenn man die beiden nun zusammenbindet, dann hat man letzten Endes neue Materialien. Und die haben eine sehr, sehr hohe Porosität und hohe spezifische Oberfläche, wie wir sagen."

Wie Ulrich Müller sagt, um genau zu sein. Der Chemiker ist Experte für poröse Feststoffe bei der BASF und kommt auch gleich auf MOF-210 zu sprechen, den derzeitigen Rekordhalter unter den molekularen Hohlkörpern:

"Der sich dadurch auszeichnet, dass er eine spezifische Oberfläche von weit über 10.000 Quadratmetern pro Gramm hat. Wenn Sie sich ein Fußballfeld anschauen, dann wäre in etwas mehr als einem Gramm dieser Materialien, also in etwa einem Zuckerwürfel, ungefähr die Oberfläche eines gesamten Fußballfeldes aufgefaltet versteckt."

MOFs sind um Größenordnungen löchriger als Schweizer Käse. Weitverzweigte Kristallgitter mit so wenig Gerüst und so viel Parkraum wie möglich. In unzähligen Schichten lassen sich Gasmoleküle darin übereinanderstapeln.

"Wenn man sich ein Spinnennetz vorstellt, und dieses Spinnennetz hätte drei Dimensionen und würde frei im Raum existieren. So in etwa kann man sich das vorstellen. Also, die Oberfläche ist so konstruiert, dass im Prinzip diese Materialien freiwillig alles aufsaugen, was man ihnen anbietet, im Prinzip wie ein Schwamm. Und das kommt natürlich für die Anwendung uns auch sehr entgegen."

Apropos Anwendungen. Die BASF stellt die Raumwunder mittlerweile großtechnisch her. In Kalifornien werden neuerdings Erdgas-Autos mit MOF-Tanks erprobt. In sie passt doppelt so viel Kraftstoff hinein. Genauso könnte man die Reichweite von Brennstoffzellen-Fahrzeugen erhöhen, die mit Wasserstoff laufen.

Zu Hunderten wurden MOFs in jüngster Zeit synthetisiert und getestet. Die Forschung über die Moleküle mit den enormen inneren Oberflächen sei förmlich explodiert, sagt BASF-Experte Müller:

"Man hat im Prinzip innerhalb von zehn Jahren diese neue Oberfläche mehr als verdreifacht. Das ist schon ein riesiger Fortschritt."

Bei MOF-210 wird dabei sicher nicht Schluss sein. Die Feststoffchemiker glauben, dass sie bald noch porösere Kristallschwämme zustande bringen. Neue Super-...

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Links zum Thema

MOF-Synthese erstmals im Industriemaßstab (Pressemitteilung BASF)

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