Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemiker der TU Dresden entwickeln hochporöses Material, wertvoller als Diamanten

01.10.2018

Weltrekord der Hohlräume

Porosität ist der Schlüssel zu Hochleistungsmaterialien für Energiespeicher, Umwelttechnologien oder Katalysatoren: Je „löchriger“ ein Festkörper, umso mehr Flüssigkeiten und Gase kann er speichern. Doch zugleich macht eine Vielzahl an Poren die Materialien instabil.


Die Netzwerkstruktur von DUT-60 fasst ein Porenvolumen von 5.02 cm3g-1 – das weltweit höchste jemals gemessene spezifische Porenvolumen unter allen bekannten kristallinen Netzwerkmaterialien.

Dr. I. Senkovska, TU Dresden

Auf der Suche nach den Stabilitätsgrenzen von solchen Gitterverbindungen haben Forscher der Fakultät Chemie der TU Dresden einen Weltrekord gebrochen: DUT-60 ist eine neue kristalline Netzwerkstruktur mit der weltweit höchsten spezifischen Oberfläche und dem höchsten jemals gemessenen spezifischen Porenvolumen (5.02 cm3g-1) unter allen bekannten kristallinen Netzwerkmaterialien.

Die spezifische Oberfläche beschreibt die Summe aller Grenzflächen eines Materials, der äußeren „sichtbaren“ wie auch der inneren Poren. 90,3% von DUT-60 sind Hohlraum. Die metallorganische Gerüstverbindung (englisch: Metal-Organic Framework „MOF“) kann eine enorme Menge an Gas aufnehmen – und auf diese Weise zum Beispiel große Mengen an Gasen speichern oder giftige Gase aus der Luft filtern.

„Materialien mit derart hohen spezifischen Oberflächen könnten neue Phänomene zeigen, die bis heute noch unbekannt sind“, erläutert Stefan Kaskel, Professor für Anorganische Chemie I an der TU Dresden, die Bedeutung des neuen Materials für die Wissenschaft. „Stellt man sich die innere Oberfläche eines Gramms Zeolithe als ebene Fläche vor, erstreckt sich diese über rund 800 Quadratmeter, Graphen liegt knapp unter 3000 Quadratmeter. Ein Gramm DUT-60 hingegen würde 7800 Quadratmeter Fläche erreichen.“

Das Material wurde am Computer entworfen und anschließend gezielt synthetisiert. Nur wenige Verbindungen niedriger Dichte sind mechanisch so stabil, um sie für Gase zugänglich zu machen, ohne dass diese die Oberflächen zerstören.

„Es hat fünf Jahre gedauert von der Entwicklung am Computer bis zum reinen Produkt DUT-60“, resümiert Prof. Kaskel. „Aufgrund seiner sehr schwierigen Herstellung ist das Material teurer als Gold und Diamanten und kann bisher nur in Kleinstmengen von maximal 50 Milligramm pro Ansatz hergestellt werden.“

Der bisherige Weltrekord lag bei dem 2012 von Omar Farha von der Northwestern University publizierten Material NU-110, dessen Porenvolumen von 4.40 cm3g-1 deutlich unter dem neuen Rekordhalter liegt. DUT-60 markiert einen bedeutenden Schritt bei der Erforschung der Obergrenzen von Porosität in kristallinen porösen Festkörpern, und gibt Impulse für die Entwicklung neuer Methoden zur Bestimmung innerer Oberflächen.

Prof. Kaskel und weitere Chemiker forschen innerhalb der DFG-Forschungsgruppe FOR2433 intensiv an der Herstellung neuer poröser Materialien, die ihre Struktur dynamisch ändern können und adaptiv ihre Porengröße anpassen. „Wir arbeiten zudem an Anwendungen poröser Materialien in den Themenfeldern Gasspeicherung, Umweltforschung, Katalyse, Batterien und Luftreinigung. Metallorganische Netzwerkmaterialien (MOFs) produzieren wir hier in Dresden auch im Maßstab von einigen Kilogramm, sie können beim „Materials Center Dresden“ bestellt werden.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stefan Kaskel
Professur für Anorganische Chemie I
Tel: 0351/46334885
Mail: stefan.kaskel@tu-dresden.de

Originalpublikation:

Angewandte Chemie, "Balancing Mechanical Stability and Ultrahigh Porosity in Crystalline Framework Materials"
https://doi.org/10.1002/anie.201808240 (International Edition)
https://doi.org/10.1002/ange.201808240 (German edition)

Kim-Astrid Magister | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tu-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Goldkugel im goldenen Käfig
21.03.2019 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Wichtiger Mechanismus der Antigenpräsentation in Wächterzellen des Immunsystems enträtselt
21.03.2019 | Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Im Focus: Wichtiger Mechanismus der Antigenpräsentation in Wächterzellen des Immunsystems enträtselt

TWINCORE-Forscher entschlüsseln, wie der Transport von Antigenfragmenten auf die Oberfläche von Immunzellen des Menschen reguliert wird

Dendritische Zellen sind die Wächter unserer Immunabwehr. Sie lauern fremden Eindringlingen auf, schlucken sie, zerlegen sie in Bruchstücke und präsentieren...

Im Focus: Selbstheilender Lack aus Maisstärke lässt kleine Kratzer durch Wärme verschwinden

Ein neuer Lack aus Maisstärke ist wegen der besonderen Anordnung seiner Moleküle in der Lage, durch Wärme kleine Kratzer von selbst zu reparieren: Die Vernetzung über ringförmige Moleküle macht das Material beweglich, sodass es die Kratzer ausgleicht und diese wieder verschwinden.

Oberflächliche Mikrokratzer in der Autokarosserie oder auf anderen Hochglanzoberflächen sind harmlos, aber ärgerlich. Gerade im Luxussegment zeichnen sich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Magnetische Mikroboote

21.03.2019 | Physik Astronomie

Protein BRCA1 als Stress-Coach

21.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

Möglicher Ur-Stoffwechsel in Bakterien entdeckt

21.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics