Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Porositätssprung: Lamellares Material ändert seinen Schichtabstand durch Einbau kleiner Moleküle

22.01.2004


Ein Kristall hat eine definierte Struktur, an der sich im Nachhinein nicht mehr viel ändern lässt - dieses Dogma haben spanische Chemiker nun durchbrochen: Sie haben ein schichtartiges Material hergestellt, dessen Porosität sich schlagartig erhöhen lässt. Dies könnte die Geburtsstunde einer neuen Art von Materialien mit maßgeschneiderten, auf äußere Signale antwortenden Poren sein. Mikroporöse Stoffe können "Gast"-Moleküle aufnehmen und sind heiß begehrt, etwa als selektive Katalysatoren, Ionenaustauscher oder Speicher für Wirkstoffe.



Als Ausgangsmaterial wählte das Team um Ernesto Brunet ³-Zirconiumphosphat, das eine Schicht-Struktur hat. Aus den Oberflächen der einzelnen Lamellen ragen Phosphatgruppen [PO43-] heraus, die sich leicht ersetzen lassen, ohne dass sich die Struktur der Lamellen verändert. Als Ersatz für einen Teil der Phosphate wählten die Forscher kurze Polyethylenglykol-Ketten mit je einer Phosphonsäuregruppe [PO(OH)2] an beiden Kettenenden. Diese "Diphosphonate" verdrängen je ein Phosphat an zwei gegenüber liegenden Lamellen und verbrücken sie. Wie Säulen in einem Säulengewölbe unterteilen die Ketten den Lamellen-Zwischenraum. Nun tauschen die Forscher die noch verbliebenen Phosphatgruppen durch Hypophosphitgruppen [H2PO2] aus. Diese sind so in die Lamellenoberfläche eingebettet, dass ihre apolaren PH2-Seiten in den Zwischenraum ragen. Anders als bei der Vorstufe stehen die Säulen auf Grund der apolaren Wechselwirkungen zwischen den Lamellen nicht aufrecht, sondern kommen flach (parallel zu den Lamellen) zu liegen, der Schichtabstand ist deutlich verringert.



Wird dieses Material mit dem basischen Methylamin behandelt, quillt es in einem sehr engen pH-Bereich abrupt auf, der Schichtabstand nimmt um fast 70% zu. Wie das? Polare Moleküle wie Methylamin haben zunächst keinen Zutritt zum apolaren Milieu der Zwischenräume. Aber die Verankerungen der Säulen, die Phosphonatgruppen, sind polar. Ab einem pH-Wert von etwa 4,5 ist die Anziehung zwischen den sauren Phosphonaten und dem basischen Methylamin so groß, dass an den Rändern der Kristalle einzelne Methylamonium-Ionen eindringen. Im Verhältnis zum Schichtabstand sind diese relativ groß. Wie ein Keil treiben sie die starren Lamellen auseinander und bringen die Säulen dazu sich aufzurichten. Einige eingedrungene Keile reichen aus, um die apolaren Anziehungskräfte zwischen den Lamellen komplett aufzuheben und alle Säulen aufzurichten. Der Schichtabstand - und damit die Porosität - nimmt schlagartig zu. "Eine derart hohe Empfindlichkeit der mikrokristallinen Porosität gegenüber der Einlagerung kleiner Moleküle ist bislang einzigartig," sagt Brunet.

Kontakt:

Prof. Dr. E. Brunet
Departamento de Química Orgánica
Facultad de Ciencias C-I
Universidad Autónoma de Madrid
28049 Madrid, Spanien
Fax: (+34) 91-397-3966
E-mail: ernesto.brunet@uam.es

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://www.uam.es
http://www.angewandte.org

Weitere Berichte zu: Lamelle Methylamin Molekül Porosität Schichtabstand

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung
18.09.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie
13.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops