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FP6

MOFCAT — Ergebnis in Kürze

Project ID: 33335
Gefördert unter: FP6-NMP
Land: Norwegen

Neuartige Kristallstrukturen für industriell durchzuführende Reaktionen

Kristalline Festkörper mit genau definierten Poren, die durch ihre Formen, Größen und die vorhandenen chemischen Wirkstoffe gekennzeichnet sind, werden bei vielen Technologien zum Steuern von Reaktionen eingesetzt. EU-finanzierte Forscher haben nun neue metallorganische Gerüstverbindungen (Metal Organic Frameworks, MOFs) entwickelt und bereitgestellt, in denen das Potenzial steckt, die Grenzen herkömmlicher kristalliner Festkörper zu überwinden und somit die europäische Wettbewerbsfähigkeit in einem sehr großen Marktsegment zu verstärken.
Neuartige Kristallstrukturen für industriell durchzuführende Reaktionen
MOFs haben eine hohe Porendichte und auf diese Weise eine enorm große Oberfläche, die für Anlagerungen zur Verfügung steht. Sie können außerdem mit Hilfe funktioneller chemischer Zusätze an spezielle Einsatzzwecke angepasst werden. Diese Eigenschaften machen sie für etliche Reaktionen ganz besonders attraktiv.

Katalysereaktionen beruhen auf dem Prinzip, dass eine kleine Menge des Katalysators selektiv und reversibel mit chemischen Stoffen reagiert, diese zusammenbringt und die Geschwindigkeit beschleunigt, mit der Reaktionen stattfinden und folglich die Vergrößerung der Produktmenge unterstützt wird. Sie werden besonders durch eine mikroporöse Struktur begünstigt, die im Wesentlichen als ein kleiner selektiver begrenzter Ort dient, an dem die Moleküle zusammengebracht und wo das Eingehen einer Bindung auf produktive Weise möglich ist.

Mikroporöse kristalline Feststoffe sind außerdem gut für Adsorptionreaktionen geeignet, bei denen bestimmte Moleküle an eine Oberfläche angelagert werden, während andere das nicht tun, wodurch eine Separations- oder Reinigungswirkung erzielt werden kann. Diese genannte Anwendung kann auf die Herstellung verbesserter Sensortechnologie - mittels Filterung, um die Selektivität zu verbessern -, ausgeweitet werden. Auch eine leichtere Gasspeicherung ist möglich.

Das Mofcat-Projekt ("Functional metal organic frameworks as heterogeneous catalysts") wurde initiiert, um zuverlässige, konsistente und skalierbare Syntheseprozesse für existierende und neuartige MOFs mit besonderer technischer Bedeutung zu entwickeln.

Die Forscher arbeiteten an zwei MOF-Familien, der bereits zuvor entwickelten CPO-27-M-Familie, bei der M Nickel, Magnesium, Kobalt oder Mangan sein kann, und der auf Zirkonium basierenden UiO-66-Familie. Die Kombination der spektroskopischen Analyse mit einer quantenchemischen Modellierung ermöglichte eine hervorragende Charakterisierung der Strukturen. Außerdem war mit der CPO-27-M-Familie mit ihren zahlreichen möglichen M-Elementen ein direkter Vergleich der Reaktivität von verschiedenen Metallen innerhalb der gleichen MOF-Struktur realisierbar. Die Forscher brachten eine größer angelegte Produktion der beiden MOF-Familien in Gang und erreichten Relevanz für die Industrie.

Beide Familien speicherten signifikante Mengen an Wasserstoffgas bei geringen Temperatur, verbunden mit einer zusätzlichen signifikanten Methanspeicherfähigkeit, die für CPO-27-Ni (M = Nickel) auch in Pelletform demonstriert wurden - und wiederum ergaben sich potenzielle industrielle Anwendungen. Das Mofcat-Team erfand überdies neuartige MOF-Katalysatoren, von denen einige eine fast doppelt so starke Aktivität wie die des kommerziellen Wettbewerbers nachweisen konnten.

So konnte das Mofcat-Projektteam bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der metallorganische Gerüstverbindungen für industrielle Anwendungen - insbesondere für die Gasspeicherung und als Katalysatoren - erreichen, was mit einer potenziellen starken Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit Europas innerhalb eines großen und lukrativen Weltmarktsektors einhergeht.

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