Die Verwendung von Materialien mit gezielt einstellbaren Eigenschaften ist eineelegante und ressourcenschonende Lösung, um bestmögliche Ergebnisse fürspezifische Anwendungen in unterschiedlichsten akademischen sowie industriellenBereichen zu erzielen. Hierbei könnten metallorganische Gerüstverbindungen (engl:Metal-organic frameworks, MOFs), aufgrund ihres modularen Aufbaus aufMolekülebene und der Möglichkeit postsynthetischer Modifikationen, einen langersehnten Hoffnungsschimmer darstellen. Individuell anpassbare Eigenschaften, wiehohe Oberflächen oder kontrollierbare Porengrößen, sind ein Grund dafür, warumMOFs Anwendungen in unterschiedlichsten Bereichen, unter anderem der Katalyse,Gasspeicherung und Sensorik, finden können.Die Dissertation behandelt den potentiellen Einsatz von MOF-basierten Materialienals chemische Sensoreinheiten. Es wurden zwei unterschiedliche MOFs und einMOF-basierendes Wirt-Gast-Verbundmaterial hergestellt, charakterisiert und auf ihrjeweiliges Potential hinsichtlich der Adsorption industriell relevanter Gase untersucht.Hierbei lag der Fokus nicht nur darin, unterschiedliche experimentelle Ansätze zurDetektion der Gasspezies zu prüfen, sondern auch auf der Vereinfachung desMessaufbaus im Hinblick auf die Herstellung eines potentiellen, kommerziellenSensors.Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Kobalt-basierten MOF-74. Zuerstwurde die adsorptive Interaktion zwischen Co-MOF-74 mit unterschiedlichen GasundDampfmolekülen wie Kohlendioxid, Propan, Propen, Argon, Methanol undWasser mithilfe spektroskopischer Methoden untersucht. Außerdem konnte dasanisotrope optische Absorptionsverhalten des Materials durchPolarisationsmikroskopie nachgewiesen werden. Anschließend wurde einCo-MOF-74 basiertes Wirt-Gast Verbundmaterial konzipiert und synthetisiert. Hierzuwurde das organische Halbleitermolekül Tetrathiafulvalen postsynthetisch in dieMOF-74 Kanäle infiltriert. Dies führte zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeitdes Materials. Elektrische Leitfähigkeitsmessungen zeigten, dass Co-MOF-74-TTFeine durch Gasmoleküle induzierte Widerstandsänderung aufweist und somit alsmöglicher Sensor eingesetzt werden kann.Im zweiten Teil der Dissertation wird die Gasadsorption des Zr-MOFs UiO-66 sowiedessen Amino-funktionalisierten Pendants UiO-66-NH2 untersucht. FTIRSpektroskopie zeigte, dass UiO-66 und UiO-66-NH2 entsprechend ihrer Azidität undBasizität unterschiedlich mit Kohlenmonoxid, Stickstoff und Acetonitril wechselwirken.Sowohl die Sensitivität gegenüber geringen Kohlendioxidkonzentrationen (Kontrolleder Raumluftqualität), als auch die Sensitivität gegenüber höheren Kohlendioxid-Konzentrationen (in Bereichen der Lebensmittelverpackungsindustrie), konntemithilfe von Kapazitätsmessungen und FTIR Messungen gezeigt werden.Diese Dissertation beinhaltet vier Artikel, welche in national und internationalrenommierten chemischen Journalen publiziert wurden, und innerhalb dieser Arbeitin logischer Reihenfolge, unterteilt in zwei Hauptkapitel, vorgestellt werden.
In order to achieve optimal results for various specific applications, intentionallytailored materials with adjustable properties are a smart and sustainable solution formany research challenges. Here, metal-organic frameworks (MOFs) might be aglimmer of hope reasoned in their modular design at a molecular level and thepossibility of post-synthetic modifications, which leads to a large number of materialswith tailorable structural characteristics such as high surface areas and controllablepore sizes. These properties make them to promising materials in various researchfields like catalysis, gas storage and sensing.This thesis discusses the potential deployment of MOFs into chemical sensingdevices. Two different MOFs and one MOF-based host-guest composite weresynthesized, characterized and tested upon their capability to adsorb various gases.Various experimental approaches were followed to detect and differentiate betweenthe gas- and vapour-species and to identify the most feasible one for the incorporationinto a possible sensor.The first part of this thesis is focused on cobalt-based MOF-74. Initially, the adsorptiveinteraction of Co-MOF-74 with different gas and vapour molecules, such as carbondioxide, propene, propane, argon, methanol and water has been evaluated by diversespectroscopic techniques.In addition to that, spectral measurements emphasize the anisotropic opticaladsorption behaviour of the material when illuminated with polarized light. Afterwardsa Co-MOF-74-based host-guest composite was designed and synthesized. Theorganic semiconductor tetrathiafulvalene was post-synthetically infiltrated into thechannels of MOF-74, leading to an increased electrical conductivity of the compoundcompared to the non-infiltrated MOF. The following electrical measurements undervarious gas- and vapour-atmospheres showed a modification of resistivity when theseguest molecules are adsorbed into the composite and therefore proved, thatCo-MOF-74-TTF is a suitable candidate for gas sensing devices.Within the second part of this thesis, the performance of the zirconium-based UiO-66framework and the amino-functionalized equivalent UiO-66-NH2 regarding their gasadsorption capability was evaluated. FTIR spectroscopy showed, that according totheir acid and basic properties, UiO-66 and UiO-66-NH2 interact differently withcarbon monoxide, nitrogen and acetonitrile. The sensing capability towards lowcarbon dioxide concentrations, which could be applied for controlling indoor airconcentrations and the capability towards high carbon dioxide concentrations,important for industrial applications, such as food packaging, were proven by capacityand FTIR measurements.This thesis includes four articles published in national and international renownedchemical journals, which are presented in a logical order, divided into two mainchapters.