Forscher können Hohlräume in neuen porösen Materialien anpassen

Forscher der Universität Göteborg haben ein poröses und stabiles Material hergestellt, dessen Hohlräume zur Speicherung verschiedener Substanzen genutzt werden können. Das Material kann sowohl in der pharmazeutischen Industrie als auch zur Filtration auf molekularer Ebene eingesetzt werden.

Poröse Materialien sind für Wissenschaftler sehr interessant, da sie in den Hohlräumen des Materials mit Gastteilchen wie Ionen, Atomen und Molekülen interagieren können. Anorganische poröse Materialien wie Zeolithe werden bereits in Waschmitteln verwendet, wo sie eine Rolle spielen, indem sie ihre eigenen Natriumionen gegen die Calciumionen im Wasser austauschen, um es in weiches Wasser zu verwandeln.

Das Problem bei anorganischen porösen Materialien ist der Mangel an Flexibilität, sie nach Bedarf zu gestalten.

Einfacher zu gestalten

„Wir haben unsere Entdeckung auf die Erforschung von kovalenten Kohlenstoffbindungen gestützt, die 2010 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden. In der Vergangenheit konnten wir mithilfe von Kohlenstoffmolekülen organische, poröse Materialien in Pulverform herstellen, aber dieser Ansatz eignet sich am besten, um Gase darin zu speichern Hohlräume. Jetzt können wir mit dünnen Schichten ein Material bauen, das viel stabiler und einfacher nach unseren Vorgaben zu gestalten ist“, sagt Martin Ratsch, Doktorand am Lehrstuhl für Chemie und Molekularbiologie.

Ratsch baut poröse Filme auf einer dünnen Goldplatte auf, wo kovalente Kohlenstoffbindungen eine stabile poröse Oberfläche erzeugen. Indem er eine kontrollierte Menge kohlenstoffbasierter Moleküle hinzufügt, die durch das Element Palladium aktiviert werden, kann er poröse Filme mit der gewünschten Dicke und mit Hohlräumen in der richtigen Größe herstellen. Das Ergebnis ist eine glatte Oberfläche, die es Forschern ermöglicht, Schichten von Folien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu kombinieren, ein bisschen wie ein Schokoladenkeks. In die Hohlräume im Inneren des Materials können je nach Bedarf Substanzen eingebracht werden.

„Es gibt mehrere Anwendungsgebiete. Die poröse Folie kann auch als Membran in Batterien fungieren, wenn man die Anzahl der Ionen kontrollieren will, die passieren können.“

Funktioniert auch als Filter

Ratsch weist auch darauf hin, dass das neue Material eine interessante Möglichkeit sein könnte, Lösungen bis auf molekulare Ebene zu filtern, da sich die Größe der Hohlräume bestimmen lässt. Es wäre theoretisch möglich, Wodka so zu filtern, dass die Ethanolmoleküle eingeschlossen werden, während die kleineren Wassermoleküle die Hohlräume passieren können.

Der poröse Film wurde im Labor in sehr kleinem Maßstab hergestellt. Es bleibt noch viel Forschungsbedarf, insbesondere wenn das Verfahren kostengünstiger werden soll.

„Wir verwenden eine dünne Goldfolie, um das Material zu konstruieren, und Palladium als Katalysator, um die kovalenten Kohlenstoffbindungen zu erzeugen. Wir müssen eine andere Substanz als Katalysator finden, bevor wir die Produktion hochskalieren können. Das sollte der nächste Schritt in der Forschung sein,“ und es kann 10 Jahre dauern, bis dieses Material kommerziell rentabel wird.“

Die Dissertation trägt den Titel „Towards 3D Covalent Organic Framework Films“ und wird online veröffentlicht.