Poröse Materialien mit negativer Gasadsorption

  • Dreidimensionale Netzwerkstruktur des ultraporösen und flexiblen Materials DUT-49 (DUT = Dresden University of Technology), welches den NGA-Effekt zeigt. (TU Dresden, Prof. AC1)Dreidimensionale Netzwerkstruktur des ultraporösen und flexiblen Materials DUT-49 (DUT = Dresden University of Technology), welches den NGA-Effekt zeigt. (TU Dresden, Prof. AC1)

Am Institut für Anorganische Chemie I der TU Dresden hat ein Forscherteam um Prof. Stefan Kaskel in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und französischen Wissenschaftlern ein neuartiges Phänomen im Bereich der porösen Materialien entdeckt: die sogenannte negative Gasadsorption (NGA).

Metallorganische Gerüstverbindungen stellen hochporöse Netzwerkverbindungen dar, die für adsorptive Applikationen im Bereich der Gasspeicherung, Trennverfahren für Wasserstoffgewinnung und die Verringerung von Schadstoffemissionen verwendet werden. Die Forscher konnten zeigen, dass diese Materialien, ähnlich einer Lunge, auch dynamisch ihre Struktur ändern können. Dabei trat ein bisher nicht bekanntes Ereignis ein: Statt das Gas bei Druckerhöhung aufzunehmen, gaben die Materialien das Gas bei Erreichen eines bestimmten Schwellenwertes eruptionsartig ab.

Gewöhnliche Materialien reagieren auf erhöhten Gasdruck mit der Ansammlung von Molekülen an der äußeren oder inneren Oberfläche, damit wird der Druck abgedämpft und nimmt mit der Zeit ab. NGA-Materialien hingegen können auf Druckerhöhungen reagieren, indem sie zusätzlich Moleküle freisetzen und der Gasdruck dadurch verstärkt wird.

Dieses nicht-intuitive Phänomen wird nach Erkenntnis der Wissenschaftler durch Festkörperphasenumwandlungen ausgelöst. Ähnlich einem Vulkaneffekt kann ein kleiner Anstoß eine starke Gaseruption aus einem derartigen Material auslösen. Gasdruck verstärkende Materialien stellen eine neuartige Klasse von Festkörpern mit potentiellen Anwendungen im Bereich von Rettungssystemen, in der Mikrotechnik und in Trennverfahren dar.

Originalpublikation:
S. Krause, V. Bon, I. Senkovska, U. Stoeck, D. Wallacher, D. M. Többens, S. Zander, R. S. Pillai, G. Maurin, F.-X. Coudert, S. Kaskel, A pressure-amplifying framework material with negative gas adsorption transitions, Nature, online publiziert am 6. April 2016 – DOI: 10.1038/nature17430

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