Materialwissenschaften: Neue Methode untersucht Kristallheterogenität

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Bei metallorganischen Gerüstverbindungen (metal-organic frameworks, abgekürzt MOFs) weichen die physikalischen und chemischen Eigenschaften der einzelnen Kristalle oft stark voneinander ab. Diese Kristallheterogenität wirkt sich auf die Materialeigenschaften der MOFs aus, die beispielsweise zur Gasspeicherung, in Halbleitern oder zur Wassergewinnung aus der Luft eingesetzt werden.

Ein Team um Dr. Evelyn Ploetz von der Fakultät für Chemie der LMU hat eine neue Methode entwickelt, die es erlaubt, die Kristallheterogenität und ihren Einfluss auf die Materialeigenschaften von MOFs zu quantifizieren. Mithilfe eines Multi-Imaging-Systems in Form einer Kombination von ortsaufgelöster Fluoreszenz, Raman-Spektroskopie und mehrerer optisch-konfokaler Bildgebungsverfahren können MOF-basierte Einzelkristalle korreliert untersucht werden. Daraus lässt sich ableiten, wie die Eigenschaften einzelner Kristalle die Gesamteigenschaften des Materials verändern.

Dieser Ansatz, die sogenannte MOSAIC-Analyse (abgekürzt für multimodal optical spectroscopy and in situ imaging correlation analysis), ermöglicht es durch hohe räumliche Auflösung und die Kombination mehrerer Messmethoden, den Einfluss von Heterogenität auf die Materialeigenschaften besser zu charakterisieren. So konnten die Forschenden zeigen, dass die Form einen enormen Einfluss auf die Absorption von Licht in MOF-Nanokristallen hat und außerdem herausfinden, warum MOF-801, eines der vielversprechendsten Materialien zur Gewinnung von Wasser aus feuchter Luft, Wasser nicht gleichmäßig aufnimmt.

Adrian Fuchs, Petra Mannhardt, Patrick Hirschle, Haoze Wang, Irina Zaytseva, Zhe Ji, Omar Yaghi, Stefan Wuttke, and Evelyn Ploetz. Single Crystals Heterogeneity Impacts the Intrinsic and Extrinsic Properties of Metal–Organic Frameworks. Advanced Materials