US-Chemiker haben das Material mit der größten Oberfläche der Welt hergestellt: Es ist so porös, dass ein Gramm eine Oberfläche von 5.200 Quadratmetern besitzt ? das entspricht 26,5 Tennisplätzen oder knapp 73 Prozent eines Fußballfeldes. Diese Rekordmaße kommen zustande, weil das Material aus sehr sperrigen Molekülen zusammengesetzt ist, die durch ihre Verknüpfung große Poren bilden. Derartige Materialien sollen in Zukunft beispielsweise als Wasserstoffspeicher für Brennstoffzellen eingesetzt werden. Trotz Riesenoberfläche enttäuschte die UMCM-2 getaufte Substanz in dieser Hinsicht allerdings: Die Wasserstoffspeicherkapazität war nicht größer als die des bisherigen Rekordhalters, der eine Oberfläche von etwa 4.500 Quadratmetern pro Gramm vorweisen konnte.
Mit der Herstellung von UMCM-2 ? eine Abkürzung für die Bezeichnung “University of Michigan kristallines Material 2” ? hat Studienleiter Adam Matzger seinen eigenen Rekord vom Februar 2004 gebrochen: Damals stellte er mit seinen Kollegen die Substanz MOF-177 vor, einen metallorganischen Komplex, in dem sich organische und metallische Bausteine abwechselten und dabei Poren von mehr als einem Nanometer Durchmesser bildeten. Der Aufbau von UMCM-2 ist ähnlich: Auch hier werden tetraederförmige Zinksauerstoffcluster von sperrigen organischen Molekülen miteinander verknüpft, nur handelt es sich diesmal nicht um eine, sondern um zwei verschiedene Molekülsorten.
Durch diese Variation bilden sich drei unterschiedliche käfigartige Elemente, die jeweils an den Kanten miteinander verbunden sind und in ihrem Inneren unterschiedlich große Hohlräume beherbergen. Der Durchmesser dieser Poren liegt für die kleineren Käfige bei 1,5 und 1,7 Nanometern, während es die größeren Käfige auf 2,4 bis 3 Nanometer bringen. Diese Größe reicht aus, um selbst große Moleküle wie die aus etwa 60 Kohlenstoffatomen bestehenden Buckyballs aufzunehmen. UMCM-2 oder ähnliche Verbindungen könnten daher in Zukunft für die Entgiftung von Wasser oder die Aufreinigung von Substanzgemischen, etwa bei der Medikamentenherstellung, genutzt werden, glauben die Forscher.
Für die Speicherung von Wasserstoff eignet sich UMCM-2 trotz seiner großen Oberfläche allerdings nicht besser als MOF-177. Doch auch das ist eine wichtige Information für die Forscher: Man habe bisher angenommen, dass eine größere Oberfläche automatisch mit einer höheren Wasserstoffspeicherkapazität einhergehe, erläutern sie. Das sei offensichtlich nicht der Fall, wie UMCM-2 jetzt zeige: “Ich denke, wir brauchten diese Verbindung, um zu demonstrieren, dass eine große Oberfläche alleine nicht für die Wasserstoffspeicherung ausreicht”, resümiert Matzger.
Adam Matzger (University of Michigan) et al.: Journal of the American Chemical Society, DOI: 10.1021/ja809985t ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
