BESSY II: Neue Einblicke in schaltbare MOF-Strukturen an den MX-Beamlines
Blick in einen MOF-Kristall am Beispiel von DUT-8. Die riesigen Poren sind klar erkennbar.
© TU Dresden
Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) finden breite Anwendung in Gasspeicherung, Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Eine spezielle Klasse dieser MOFs hat nun ein Team um Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden, an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht. Es handelt sich um „schaltbare“ MOFs, die auf äußere Reize reagieren können. Ihre Analyse zeigt, wie das Verhalten des Materials mit Übergängen zwischen geordneten und ungeordneten Phasen zusammenhängt. Die Ergebnisse sind nun in Nature Chemistry publiziert.
Metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: metal-organic framework compounds – MOFs) bestehen aus anorganischen und organischen Gruppen und zeichnen sich durch eine Unzahl an Poren aus, in die sich andere Moleküle einlagern können. Daher sind MOFs für viele Anwendungen interessant, beispielsweise für die Speicherung von Gasen, aber auch Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Einige dieser MOF-Strukturen reagieren auf unterschiedliche Gastmoleküle , indem sie ihre Strukturen verändern. Sie gelten damit als schaltbar.
Dazu gehört auch „DUT-8“, ein Material, das nun an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht wurde. „MOF-Kristalle lassen sich an den MX-Beamlines sehr gut analysieren“, sagt HZB-Experte Dr. Manfred Weiss, der das MX-Team leitet. „Denn MOF-Kristalle weisen viele Gemeinsamkeiten mit Proteinkristallen auf. So sind beide von großen Poren durchsetzt, die in den Proteinkristallen mit Flüssigkeit gefüllt sind, während die in den MOFs Gastmolekülen Raum bieten" erläutert Weiss.
„Die Beugungsdiagramme, die DUT-8 an den HZB-MX-Strahlrohren zeigte, waren äußerst komplex. Wir konnten dies nun auf diverse Übergänge zwischen geordneten und weniger geordneten Phasen zurückführen“, erläutert Stefan Kaskel. "Dabei dirigiert das eingeschlossene Gastmolekül das Netzwerk in eine von über tausend möglichen Fehlordnungskonfigurationen."
Die Ergebnisse tragen dazu bei, Schaltprozesse und Gasaustauschreaktionen in solchen MOF-Strukturen besser zu verstehen, so dass künftige funktionale MOF-Materialien zielgerichtet entwickelt werden können.
Die Untersuchungen wurden durch das DFG-Programm (FOR2433) unterstützt.
- Schriftrollen aus buddhistischem Schrein an BESSY II virtuell entrolltIn der mongolischen Sammlung des Ethnologischen Museums der Staatlichen Museen zu Berlin befindet sich ein einzigartiger Gungervaa-Schrein. Der Schrein enthält auch drei kleine Röllchen aus eng gewickelten langen Streifen, die in Seide gewickelt und verklebt sind. Ein Team am HZB konnte die Schrift auf den Streifen teilweise sichtbar machen, ohne die Röllchen durch Aufwickeln zu beschädigen. Mit 3D-Röntgentomographie erstellten sie eine Datenkopie des Röllchens und verwendeten im Anschluss ein mathematisches Verfahren, um den Streifen virtuell zu entrollen. Das Verfahren wird auch in der Batterieforschung angewandt.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.
- 10 Millionen Euro Förderung für UNITE – Startup Factory Berlin-BrandenburgDie UNITE – Startup Factory Berlin-Brandenburg wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie als eines von zehn bundesweiten Leuchtturmprojekten für wissenschaftsbasierte Gründungen ausgezeichnet. UNITE soll als zentrale Transfer-Plattform für technologiegetriebene Ausgründungen aus der Wissenschaft und Industrie in der Hauptstadtregion etabliert werden. Auch das Helmholtz-Zentrum Berlin wird davon profitieren.