Perfekt kristalline Schichten

Wie ein Schwamm saugen sie sich voll: MOFs (Metal-Organic Frameworks) sind pulverförmige, hochporöse Materialien, die Moleküle oder Nanopartikel aufnehmen können. Diese Eigenschaft macht MOFs für viele Einsatzgebiete attraktiv. Sie können Gase, wie beispielsweise Wasserstoff oder Methan, einlagern und so als Energiespeicher dienen. Mediziner können MOFs zudem als Depot für Medikamente nutzen.

Stand der Technik

Es ist technisch möglich, MOFs in Form von Pulver herzustellen, das eine perfekte, dreidimensionale Kristallgitterstruktur besitzt. Allerdings sind diese pulverförmigem Materialien für einige Anwendungsgebiete, wie beispielsweise die Molekültrennung, nur bedingt geeignet.

Technologie

Forscher am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) am KIT haben nun eine Möglichkeit gefunden, oberflächengebundene MOFs herzustellen. Diese sogenannten SURMOFs (Surface-Anchored Metal-Organic Frameworks) können dabei sowohl auf ebene Substrate als auch auf Mikro- oder Nanopartikel aufgebracht werden. In beiden Fällen bilden sich perfekt kristalline MOF-Schichten. Ähnlich wie bei einem Modellbaukasten werden dabei im Lage-für-Lage-Verfahren zunächst metallische Knotenpunkte und dann organische Streben (sogenannte Linker-Moleküle) auf die Oberfläche gebracht. Diese Bausteine verbinden sich durch Selbstanordnung zu hochkristallinen Gerüsten. Die Länge und Art der Linker-Moleküle entscheidet dabei über die Größe sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Poren.

Vorteile

Der Abscheidungsprozess kann so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke der SURMOF-Schicht erreicht ist. Auf diese Weise lassen sich SURMOFs mit maßgeschneiderten Eigenschaften herstellen. Zudem ist es möglich, magnetisches Trägermaterial wie etwa Nanopartikel aus Eisenoxid zu verwenden. So können die Partikel nach der Anwendung mithilfe eines Magnetfeldes eingesammelt und wiederverwertet werden.

Optionen für Unternehmen

SURMOFs haben ein großes Anwendungspotenzial, insbesondere zur Molekültrennung, als Gasspeicher sowie in der Sensorik und Photovoltaik. Das KIT sucht Partner, die Interesse haben, die Technologie in der Praxis einzusetzen.