Zirconium-basierte Metall-organische Gerüste mit variabler Länge des Linkermoleküls: Modulierte Synthese, Strukturen, Eigenschaften

Abstract

Eine Klasse nanoporöser Materialien, die derzeit besonders intensiv erforscht werden, sind die Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs). Diese entstehen aus der Kombination anorganischer Baueinheiten, meist Metall-Oxo-Clustern, und organischen Brückenmolekülen (Linker), die gemeinsam nanoporöse Strukturen aufbauen. Aus der Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten resultieren viele Verbindungen mit unter-schiedlichen Strukturen, Porengrößen und somit auch zahlreichen denkbaren Anwen-dungen. Dabei ist die Synthese dieser Verbindungen immer noch ein wichtiges Thema, gerade wenn es um die Einstellung der Morphologie der Produkte im Hinblick auf be-stimmte Anwendungen geht. Dies gilt ebenso für die Stabilität der Materialien, insbe-sondere gegenüber Wasser. Die Stabilität kann wiederum von der Defektchemie beein-flusst werden. Somit kommt der Realstruktur der MOFs – neben der Idealstruktur – erhebliche Bedeutung zu. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Herstellung, den Strukturen und den Eigenschaften von Zirconium-basierten MOFs, denen grund-sätzlich eine höhere Stabilität zugesprochen wird. Durch die Weiterentwicklung litera-turbekannter Synthesewege und der Erarbeitung weiterer grundlegender Erkenntnisse über die Herstellungsverfahren konnten zahlreiche neue Zirconium-basierte MOFs er-zeugt werden. Darunter sind Vertreter aus der sogenannten UiO-66-Strukturfamilie, aber auch poröse interpenetrierte Zirconium-basierte MOFs (PIZOFs). Die Strukturen dieser Materialien wurden durch Röntgen-Beugungsmethoden und theoretische Model-lierungen ermittelt. Die Porensysteme wurden mittels der Adsorption verschiedener Ga-se untersucht. Dabei wurden auch Hinweise für Defekte in den Strukturen gefunden. Weiterhin wurden verschiedene Vorgehensweisen zur Erprobung der Stabilität gegen-über Wasser entwickelt. Dabei ergaben sich deutliche Unterschiede in der Wasserstabili-tät verschiedener Zr-basierter MOFs. Weiter zeigte sich, dass das Ergebnis eines Stabili-tätstest nicht nur von der untersuchten Verbindung abhängt, sondern auch von der exak-ten Durchführung eines Tests. Diese Dissertation liefert somit für einige bekannte und eine Reihe neuer Zr-basierter MOFs wichtige Beiträge zum Verständnis der Zusammen-hänge zwischen Synthese, Ideal- und Realstruktur sowie der Stabilität. Diese Arbeiten wurden im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1362 der DFG durchgeführt.