Beteiligte Promovierende:
Daniela Frahm (C1-REM): Synthese und Charakterisierung von metallorganischen Gerüstverbindungen für die Gasspeicherung
Revaz Korashvilli (C1-REM assoziiert)
Hintergrund und wissenschaftlicher Ansatz: Eine der größten Herausforderungen der heutigen Zeit besteht in der Eindämmung des Klimawandels, der insbesondere auf den verstärkten Treibhauseffekt zurückzuführen ist. Die dramatische Zunahme der Treibhausgaskonzentrationen – besonders Methan und Kohlenstoffdioxid – ist eine Folge anthropogener Einflüsse. Infolge dessen ist die Verwertung/Umsetzung bzw. die Minderung der Entstehung dieser Gase von großer Bedeutung. Zur Reduktion des CO2-Ausstoßes im Bereich der mobilen Anwendungen können beispielsweise Methan und Wasserstoff als alternativer Kraftstoffersatz zum Erdöl Einsatz finden. Für bereits vorhandenes Kohlenstoffdioxid wird in erster Linie die Umsetzung zu weiter verwertbaren Substanzen eine wichtige Rolle spielen.
Für Anwendungen wie Gasadsorption, Separations- und Reinigungszwecke oder Katalyse haben sich besonders die metallorganischen Gerüstverbindungen (metal-organic frameworks, MOFs) als geeignet herausgestellt.[1],[2] MOFs sind poröse Koordinations-polymere, die hoch geordnete Strukturen mit definierten Porengrößen aufweisen. In dieser Klasse der kristallinen Feststoffe sind Metallionen oder Metall-Sauerstoff-Cluster (sogenannte Konnektoren) über organische molekulare Brückenliganden (Linker) in perfekter Regelmäßigkeit miteinander verknüpft, wodurch geometrische sowie chemische Eigenschaften der unterschiedlichen Synthesebausteine im Gerüst justiert werden. Die metallorganischen Gerüstverbindungen zeichnen sich durch hohe permanente Porosität, sehr hohe spezifische Oberflächen (bis zu 6240 m2/g) und ein großes freies Porenvolumen aus. Im Vordergrund der wissenschaftlichen Arbeit der AG Fröba stehen die Synthese und Charakterisierung neuartiger Gerüstverbindungen, die im Falle von Methan und Wasserstoff in erster Linie hinsichtlich ihrer Adsorptionseigenschaften getestet werden. Des weiteren sind Untersuchungen zu Separationseigenschaften von metallorganischen Gerüstver-bindungen bezüglich Gasgemischen sowie in Zusammenarbeit mit der AG Luinstra Studien zur MOF-katalysierten Umsetzung von Kohlenstoffdioxid zu höherwertigen Verbindungen angedacht. Insbesondere die Umsetzung von Propylenoxid zu Propylencarbonat unter Verbrauch von CO2 wird hierbei im Mittelpunkt stehen.
[1] Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S. (2004) Functional porous coordination polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 43: 2388-2430.
[2] Ferey, G. (2008) Hybrid porous solids: past, present, future. Chem. Soc. Rev. 37: 191–214.
Publikationsliste der Teilprojektleiter und Promovierenden zu diesem Thema:
[1] Fischer, M., Hoffmann, F. & M. Fröba (2010). Molecular simulation of hydrogen adsorption in metal-organic frameworks. Colloids and Surfaces A 357: 35-42.
[2] Fischer, M., Hoffmann, F. & M. Fröba (2010). New microporous materials for acetylene storage and C2H2/CO2 separation: Insights from molecular simulations. ChemPhysChem 11: 2220-2229.
[3] Fischer, M., Hoffmann, F. & M. Fröba (2009). Preferred Hydrogen Adsorption Sites in Various MOFs - A Comparative Computational Study. ChemPhysChem 10: 26472657.
[4] Wenzel, S.E., Fischer, M. Hoffmann, F. & M. Fröba (2009). A Highly Porous Metal-Organic Framework Containing a Novel Organosilicon Linker - A Promising Material for Hydrogen Storage. Inorg. Chem. 48, 6559-6565.
Web-Verknüpfungen:
Michael Fröba http://www.chemie.uni-hamburg.de/ac/froeba/
Gerrit Luinstra http://www.chemie.uni-hamburg.de/tmc/luinstra/
