Neues Design verbessert Porosität und Strukturstabilität für metallorganische Gerüste

Der Burj Khalifa, das höchste Gebäude der Welt, nutzt fortschrittliche Bautechniken, die darauf ausgelegt sind, Wind, seismischen Aktivitäten und seinem eigenen enormen Gewicht standzuhalten. Zu diesen Techniken gehört das „Meta Column System“, das eine entscheidende Rolle spielt, indem es große Säulen strategisch positioniert, um seitlichen Kräften standzuhalten, und so den Bau einer solch hoch aufragenden Struktur erleichtert.

Was wäre, wenn diese fortschrittlichen Architekturtechniken auf das Materialdesign angewendet werden könnten?

Metallorganische Gerüste (MOFs) sind poröse Materialien, die durch die Kombination von Metallionen und organischen Liganden entstehen und zu Strukturen führen, die Bewehrungsstäben in Gebäuden ähneln. Das Designprinzip, das MOFs zugrunde liegt, ähnelt stark der architektonischen Planung.

Das Forschungsteam von Professor Wonyoung Choe hat erfolgreich ein neues MOF synthetisiert, das eine Designstrategie verwendet, die dem „Mega Frame“ ähnelt und als „Merged-Net Strategy“ bezeichnet wird. Durch den Einbau großer Moleküle in die MOF-Struktur – ähnlich wie Säulen in der Architekturarchitektur – haben sie „eine Struktur innerhalb einer Struktur“ geschaffen und dadurch sowohl die Porosität als auch die Strukturstabilität verbessert. Ihre Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Fortschrittliche Funktionsmaterialien.

Diese Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt bei der Bewältigung der anhaltenden Herausforderung der Materialstabilität in herkömmlichen MOFs dar. Das neu entwickelte MOF weist nicht nur eine außergewöhnliche Wasserstabilität und strukturelle Integrität auf, sondern weist im Vergleich zu zuvor beschriebenen MOFs auch eine überlegene Wasseradsorptionskapazität und Wiederverwendbarkeit auf. Darüber hinaus konnte das Team erfolgreich nachweisen, dass die Wasseradsorptionseigenschaften des MOF durch Modifizierung der aktiven Stellen in seinem Gerüst präzise abgestimmt werden können, wodurch seine Vielseitigkeit für verschiedene Wassersorptionsanwendungen erhöht wird.

Junghye Lee, der Erstautor der Studie, erklärte: „Diese neue Designmethode hat das Potenzial, die Leistung bestehender MOFs zu übertreffen und ihr Anwendungsspektrum erheblich zu erweitern.“

Professor Wonyoung Choe bemerkte: „Diese Forschung stellt einen Durchbruch im Präzisionsdesign auf molekularer Ebene dar. Durch die Anwendung fortschrittlicher Architekturmethoden auf molekulare Systeme eröffnen wir neue Wege in der Materialwissenschaft.“