Eine innovative Strategie, bekannt als „Up-Down-Ansatz“, hat das Potenzial, die Herstellung von Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs) dramatisch zu beschleunigen. Das Papier ist veröffentlicht im Journal Natursynthese.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Wonyoung Choe am Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Südkorea, hat eine neuartige Strategie für die Entwicklung von MOFs entwickelt. MOFs, die aus Metallclustern und organischen Molekülen bestehen, erweisen sich als wichtige Materialien für verschiedene Anwendungen, darunter die Abscheidung, Speicherung und Katalyse von Kohlendioxid.
Ihr Hauptvorteil liegt in ihrer anpassbaren Struktur, die die Herstellung von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften ermöglicht.
Traditionell werden MOFs entweder mit einem Bottom-up- oder Top-down-Ansatz entwickelt. Beim Bottom-up-Ansatz werden zunächst die Metallcluster und organischen Liganden ausgewählt, gefolgt von der Untersuchung möglicher Strukturen. Im Gegensatz dazu beginnt der Top-down-Ansatz mit einer gewünschten Struktur und identifiziert die geeigneten Komponenten, um die Zielstruktur zu erreichen.
Der Up-Down-Ansatz vereint diese Methoden und ermöglicht eine umfassendere Untersuchung von Strukturen auf Basis von Metallclustern, bevor geeignete organische Liganden ausgewählt werden. Dieser Ansatz überwindet die Einschränkungen traditioneller Methoden, die häufig durch vordefinierte Komponenten und strukturelle Einschränkungen eingeschränkt sind.
Indem der Up-Down-Ansatz neue Kombinationen verschiedener Elemente ermöglicht, eröffnet er neue Wege zur Entdeckung neuartiger Strukturen, die zuvor unzugänglich waren.
Mithilfe dieser Strategie konnte das Team 26 neue MOFs auf Zirkoniumbasis identifizieren, die für ihre hohe chemische Stabilität bekannt sind. Zwei dieser neuen Strukturen konnten erfolgreich synthetisiert werden, womit die Wirksamkeit des Up-Down-Ansatzes demonstriert wurde.
Darüber hinaus verwendete das Team eine „Ribbon-Darstellung“, um die genauen geometrischen Merkmale organischer Liganden zu visualisieren und so die Genauigkeit und Effizienz des Designprozesses weiter zu verbessern.
Jiyeon Kim, der Erstautor der Studie, erklärte: „Der Up-Down-Ansatz bietet ein leistungsstarkes Werkzeug für die schnelle Erforschung und Entwicklung neuer Materialien mit einer Reihe chemischer Eigenschaften. Diese Methode steigert die Effizienz der Materialentwicklungsforschung erheblich.“
Co-Erstautor Dongsik Nam fügte hinzu: „Diese Forschung ebnet den Weg für die Entdeckung innovativer Materialien, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können, darunter Katalyse, Gasspeicherung und Umweltsanierung.“
Professor Wonyoung Choe bemerkte: „Unsere Studie stellt einen großen Fortschritt bei der Erweiterung des chemischen Anwendungsbereichs von MOFs dar und erweitert deren potenzielle Anwendungen erheblich. Wir gehen davon aus, dass dies einen Wendepunkt in der Forschung zu funktionellen Materialien darstellen wird.“
Weitere Informationen:
Jiyeon Kim et al., Up–down-Ansatz zur Erweiterung des chemischen Raums von Metall–organischen Gerüsten, Natursynthese (2024). DOI: 10.1038/s44160-024-00638-x