Moffs heute eigentlich literaturweit zu finden sind. Ein echtes Modethema kann man so sagen, was im Summe Hybridmaterialien beschreibt. Es geht also eigentlich um Substanzen, die sowohl anorganische, daher kommt das einfache englische Wort Metal, meist Metallionen, als auch organische Komponenten enthalten, meist organische Linker, die dann die

Metallionen irgendwie miteinander verknüpfen. Und dieser Ausdruck ist zwar heute nicht mehr wegzudenken als Modewort, ist aber eigentlich irreführend. Gerade in der deutschen Sprache könnte man ja mit Metal Organic Framework metallorganische Chemie verbinden. Das ist damit eigentlich nicht gemeint, denn Metallkohlenstoffbindungen enthalten diese

Substanzen bis auf ganz wenige Ausnahmen überhaupt nicht, sondern es sind in der Koordinationschemie zwischen einem Liganden und einem Metallion und wählt man jetzt eben diese Liganden, sodass sie dann auch Linker genannt werden dürfen, so geeignet, dass sie eine Vorder- und eine Rückseitenkoordination zu zum Beispiel äquivalenten Metallionen

erlauben. Dann kann man eben auch ausgedehnte Gerüste aufbauen und wenn die Liganden ein bisschen größer sind, können diese Gerüste beispielsweise Hohlräume aufweisen. Das ist eigentlich auch das geprägt, zum Beispiel durch den Herrn Yagi oder auch durch die Gruppe um den Herrn Ferrey, die das seit einigen Jahren sehr erfolgreich propagiert

haben, weil es zum Beispiel im Vergleich zu Zeolithen eine zweite Gruppe poröser Materialien darstellt, die sich aber von Zeolithen deutlich unterscheiden können. Zeolithe als Silicate sind ja immer geprägt durch eine Silizium-Sauerstoff-Silizium-Abfolge, die dann eben auch zu mehr oder minder porösen Gerüsten führt und wir eigentlich

immer über so eine tetraedrische Silizium-Umgebung strukturell eine Vorgabe machen. Man kann zwar bei MOFs auch tetraedrische Umgebungen machen und Zeolith-Strukturen adaptieren, das Ganze führt aber eigentlich viel weiter, denn es gibt natürlich durch das Pärjonsystem

eine Vielzahl von Metallionen, Metallzentren mit ganz unterschiedlichen Koordinationsmöglichkeiten, Oktayedern, eben nicht nur Tetraedern, aber auch pentagonale Bipyramiden, quadratische Antiprismen und so weiter, dass wir also die reiche Fülle der Koordinationschemie nutzen können, kombinieren sie mit geeigneten Liganden, Carboxylaten, Aminen, Amiden und

so weiter. Wir können darüber einen sehr feinen Abstand, wenn man so ein Gerüst topologisch betrachtet, zum Beispiel zwischen den Metallzentren erzeugen über so einen verlinkenden Liganden und damit zum Beispiel die Porengröße versuchen abzustimmen, aber auch eine Fenstergröße, denn etwas, was in ein Gerüst hinein soll, das muss

ja überhaupt erst einmal durch ein entsprechendes Fenster durch, sonst passt es halt nicht rein. Wir nutzen also so etwas wie einen klassischen Effekt eines Molesiebs, was sich auch die Zeolithe zu Nutze machen, aber zusätzlich haben wir eben die unterschiedlichen Möglichkeiten, wenn etwas durch Sorption aufgenommen wird, wie es mit dem Gerüst wechselwirkt. Silicate, also Zeolithe immer, SIO, MOFs, ganz unterschiedliche

Liganden, zum Beispiel Pi-Systeme, funktionelle Gruppen können dort angebracht werden, die dann Wasserstoffbrückenbindungssysteme erlauben, Donorbindungen zu einem Azorbat erlauben und auch die Anbindung direkt an das Konnektivitätszentrum, also an das Metallion sind möglich und können darüber zusätzlich zu einer Art chemischen

Selektivität führen, sodass so ein Gerüst über die reine Poren oder Fenstergröße hinaus selektiv für gewisse Spezies sein kann. Das eignet sich dementsprechend beispielsweise nicht nur für Gasspeicherung, sondern auch für Gasseparation, dass ein

Gerüst beispielsweise so etwas wie CO2 viel besser aufnehmen kann als Stickstoff, Sauerstoff oder auch so Industriegase wie Methan, Gemüsse Methan, Kohlenmonoxid, Methan, Kohlendioxid können auf dem Wege getrennt werden, auf ganz bequeme Art und Weise und hinterher kann man den Separator dadurch, dass man

beispielsweise Vakuum anlegt, wieder reinigen. So was sind heute natürlich interessante Anwendungen. Ein anderes sehr heißes Thema ist die Wasserstoffspeicherung, die bei MOFs deswegen von Interesse ist, weil wenn man Wasserstoffspeicher zum Beispiel für einen auf der Basis einer entsprechenden Brennstoffzelle angetriebenen Kraftfahrzeugs nutzen möchte,

zwar schon effiziente Wasserstoffspeicher bekannt sind, beispielsweise Metall, Metallhydritsysteme, die haben aber häufig durch die Metalle hohe Dichten und sind schwer und dementsprechend ist das natürlich, wenn ich das herum kutschieren möchte, bei jedem Beschleunigungsvorgang eben eine Belastung durch die Eigenmasse.

Solche Hybridmaterialien anorganisch organischer Natur haben aber meist aufgrund der entsprechenden Organik sehr viel geringere Dichten und das macht sie natürlich für solche Systeme, die eben sich bewegen sollen, interessant. Man hat dort auch gezielte Vorgaben. Man weiß also ungefähr, dass man 10 bis 15 Massenprozent Wasserstoff wird reversibel

speichern müssen, um das Ganze kommerziell verwendbar zu machen. Da ist man noch nicht ganz und man kämpft heutzutage auch mit Problemen Sorption, Desorption. Also ein Gerüst, was hohe Speichermengen aufnimmt, gibt sie ungern wieder her. Und da niemand von uns beispielsweise 30 Minuten an einer Tankstelle stehen möchte, weil beispielsweise ein

Sorptionsvorgang so lange dauern könnte für ein Material, was den Wasserstoff dafür auch wieder hergibt, ist das heute eben noch nicht in der Anwendung. Das umgekehrte Problem gibt es ebenfalls. Eine Brennstoffzelle braucht einen gewissen Gegendruck, damit sie überhaupt funktioniert. Das heißt also dahinter muss ein Wasserstoffspeicher stehen, der Druck

erzeugt. Auf die entsprechende Wasserstoffbrennstoffzelle so gerne geben die guten Speichermofs den Wasserstoff auch nicht wieder her und das stellt auch dort ein entsprechendes Problem dar. Das eröffnet für Moffs aber ganz andere interessante Bereiche. Poresität und Speicher ist ein Bereich. Es gibt auch ganz andere Bereiche, die interessant sein können, insbesondere wenn verschiedene Eigenschaften zusammenkommen. Und wenn

beispielsweise Poresität auf eine Eigenschaft wie Lumineszenz, also auf eine Leuchteigenschaft trifft, dann gibt es die Möglichkeit die Eigenschaften gewissermaßen miteinander zu kombinieren und nicht nur zu kombinieren, sondern sie bedingen auch einander. Der Gestalt ist, dass wenn ich ein poröses leuchtendes Gerüst habe, diese Leuchteigenschaft beispielsweise

durch die Aufnahme eines Gases, also durch Sorsion beeinflusst werden kann. Und das kann sie eben über die Wechselwirkung, die dann das aufgenommene Gas, sowas wie Kohlenoxide, Stickoxide oder so etwas als direkte Wechselwirkung mit dem Gerüst

machen, dahingehen, dass zum Beispiel die Lumineszenz eben auch von dem Gesamtgefüge abhängt, weil ich damit direkt beispielsweise Prozesse wie Energieübergänge und nichts anderes ist ja auch die Emission als Leuchterscheinung beeinflussen kann. Und da einige Gase, wie zum Beispiel Kohlenmonoxid, Sauerstoff, Wasser, kann ich auch in einem Gerüst aufnehmen, schon

als sogenannte Quencher bekannt sind, das heißt sie sind bekannt dafür, dass sie Leuchterscheinungen gerne unterdrücken, habe ich damit unter Umständen die Möglichkeit auch zu einer Art Sensorik zu kommen, indem ich eben beispielsweise Sorsion benutze, um Lumineszenz zu beeinflussen oder andersrum gesagt, ich kann dann im Nachwege an der

Lumineszenz oder auch an deren Quenching ablesen, ob ein Gerüst etwas aufgenommen hat und vielleicht auch, wie viel es davon aufgenommen hat. Und so etwas wäre beispielsweise spannend, auch wenn es natürlich forschungstechnisch in den Kinderschuhen steckt für sowas wie CO, weil Kohlenmonoxid als giftiges Gas beispielsweise nicht nur

in industriellen Anlagen, sondern vielleicht auch in Garagen und ähnlichem ja doch hinlänglich entsprechend durch Sensorik überprüft werden muss. Gut, wenn man so etwas wie Lumineszenz in MOFs implementieren möchte, stellt sich natürlich die Frage, was sorgt dafür, dass ein MOF überhaupt leuchtet?

Warum leuchtet es überhaupt? Warum ist so etwas möglich? Wenn man eigentlich unterdrücken als sie fördern. Dementsprechend sind wir ja von ganz vielen farbigen Materialien, aber von wenig Leuchtenden umgeben. Nun Hintergrund ist, wenn ich eine Leuchterscheinung haben möchte, dass ich eben ein entsprechendes Band Gap brauche, was ich nicht durch einfache

Phänomene, durch einfache Prozesse, die zu strahlungsloser Relaxation führen, wie irgendwelche Stöße, Vibration, Rotation und ähnliches überwinden kann, sondern eben nur durch die Emission von Licht. Eine klassische Möglichkeit wäre, weil ich ja ein Hybridmaterial habe, die organische Komponente zu nehmen. Das heißt also,

den sogenannten Linker so zu gestalten, zum Beispiel ein ausgedehntes Pi-System, das es selbst bereits als Chromo vorwirkt und zwar als ein solches, das sich anregen kann und das im gewünschten Bereich wieder Licht emittiert. Dann könnten MOFs auch in der sogenannten OLED-Technik, also OLED-Technik, Organic Light Emitting, da jetzt eine Rolle spielen.

Das wäre klassisch gesehen organische Fluoreszenz. Und wenn das bei MOFs auch eine eher untergeordnete Rolle spielt, kennt man bei Koordinationspolymären, also die zum Beispiel einfach nur Stränge sind, ab Folge Metallzentren Linker, Metallzentren Linker, da kennt man solche Phänomene, zum Beispiel mit Übergangsmetallen wie Katmium, Kobalt und Ähnlichem. So, wenn ich jetzt ein MOF nehme,

habe ich natürlich noch die andere Möglichkeit. Es hat ja auch noch den anorganischen Teil des Hybridmaterials, beispielsweise Metallionen. Und nun kann ich über Metallionen selbst auch Leuchtprozesse einführen, da eignen sich vor allem die sogenannten seltene Erdelemente, vielmehr einige davon, die ebenfalls für

Leuchtprozesse, insbesondere im sichtbaren, aber auch im infraroten oder im UV-Bereich bekannt sind. Interessiert uns meist das, was wir sehen können, also im sichtbaren Bereich sind das beispielsweise Ionen wie Europium 3+, ganz klassisch, das wäre so ein Rotemitter, der rotes Licht emittiert, Terbium 3+, wäre ein

Grünemitter und solche Substanzen kennt man seit einigen Jahren auch als leuchtende MOFs. Die leuchten interessanterweise, obwohl jedes der entsprechenden Konnektivitätszentren ein solches selten Erdion ist. Und das geht, weil die organische Materie ganz offenbar die Leuchtzentren ein wenig voneinander abschirmt, immerhin so weit, dass das sogenannte

Konzentrationsquenching, also Anregung der Metallzentren nur untereinander, ohne entsprechende Emission unterbleibt. So eine andere Möglichkeit ist es, andere Valenzen zum Beispiel der selten Erdionen in Betracht zu ziehen, das gelingt beim Europium ganz klassisch auf der zweiewertigen Stufe,

die ist zwar etwas weniger stabil, aber das Redox-Potenzial ist noch so gut, dass das chemisch sehr gut machbar ist und damit kommt man zu einer etwas anderen Emission, weil dann auch Deorbitale, die ja für die chemische Bindung in der Regel die maßgeblichen sind, eine Rolle spielen.

Und damit kann ich anders als bei den selten Erdionen mit der chemischen Umgebung plötzlich die Emission beeinflussen und dementsprechend kann man vor Europium 2 plus nicht so ohne weiteres sagen, dass es zum Beispiel ein Rot- oder ein Grün-Emitter ist, sondern das kann eben abhängig von der chemischen Umgebung in ganz unterschiedlichen Wellenlängenbereichen emittieren und meist auch sehr effizient, denn diese Übergänge sind

alle erlaubt, alle paritätserlaubt und das macht sie meist intensiv und dementsprechend nicht nur bei MOFs, sondern auch in der LED-Technik spielen für Phosphore Europium, insbesondere Europium-2-Substanzen heute eigentlich die erste Geige. Bei MOFs geht das eben auch, wenn man als Konnektivitätszentren Europium 2 verwendet, dann kann man auch hier

Luminissenz implementieren und das Ganze auch hier sogar mit 100 Prozent Anders als bei Hochtemperaturphosphoren geht das in dem Bereich