BESSY II: Neue Einblicke in schaltbare MOF-Strukturen an den MX-Beamlines
Blick in einen MOF-Kristall am Beispiel von DUT-8. Die riesigen Poren sind klar erkennbar.
© TU Dresden
Metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) finden breite Anwendung in Gasspeicherung, Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Eine spezielle Klasse dieser MOFs hat nun ein Team um Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden, an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht. Es handelt sich um „schaltbare“ MOFs, die auf äußere Reize reagieren können. Ihre Analyse zeigt, wie das Verhalten des Materials mit Übergängen zwischen geordneten und ungeordneten Phasen zusammenhängt. Die Ergebnisse sind nun in Nature Chemistry publiziert.
Metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: metal-organic framework compounds – MOFs) bestehen aus anorganischen und organischen Gruppen und zeichnen sich durch eine Unzahl an Poren aus, in die sich andere Moleküle einlagern können. Daher sind MOFs für viele Anwendungen interessant, beispielsweise für die Speicherung von Gasen, aber auch Stofftrennung, Sensorik oder Katalyse. Einige dieser MOF-Strukturen reagieren auf unterschiedliche Gastmoleküle , indem sie ihre Strukturen verändern. Sie gelten damit als schaltbar.
Dazu gehört auch „DUT-8“, ein Material, das nun an den MX-Beamlines von BESSY II untersucht wurde. „MOF-Kristalle lassen sich an den MX-Beamlines sehr gut analysieren“, sagt HZB-Experte Dr. Manfred Weiss, der das MX-Team leitet. „Denn MOF-Kristalle weisen viele Gemeinsamkeiten mit Proteinkristallen auf. So sind beide von großen Poren durchsetzt, die in den Proteinkristallen mit Flüssigkeit gefüllt sind, während die in den MOFs Gastmolekülen Raum bieten" erläutert Weiss.
„Die Beugungsdiagramme, die DUT-8 an den HZB-MX-Strahlrohren zeigte, waren äußerst komplex. Wir konnten dies nun auf diverse Übergänge zwischen geordneten und weniger geordneten Phasen zurückführen“, erläutert Stefan Kaskel. "Dabei dirigiert das eingeschlossene Gastmolekül das Netzwerk in eine von über tausend möglichen Fehlordnungskonfigurationen."
Die Ergebnisse tragen dazu bei, Schaltprozesse und Gasaustauschreaktionen in solchen MOF-Strukturen besser zu verstehen, so dass künftige funktionale MOF-Materialien zielgerichtet entwickelt werden können.
Die Untersuchungen wurden durch das DFG-Programm (FOR2433) unterstützt.
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in einem Material nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.
- Ein innerer Kompass für Meereslebewesen im PaläozänVor Jahrmillionen produzierten einige Meeresorganismen mysteriöse Magnetpartikel von ungewöhnlicher Größe, die heute als Fossilien in Sedimenten zu finden sind. Nun ist es einem internationalen Team gelungen, die magnetischen Domänen auf einem dieser „Riesenmagnetfossilien” mit einer raffinierten Methode an der Diamond-Röntgenquelle zu kartieren. Ihre Analyse zeigt, dass diese Partikel es den Organismen ermöglicht haben könnten, winzige Schwankungen sowohl in der Richtung als auch in der Intensität des Erdmagnetfelds wahrzunehmen. Dadurch konnten sie sich verorten und über den Ozean navigieren. Die neue Methode eignet sich auch, um zu testen, ob bestimmte Eisenoxidpartikel in Marsproben tatsächlich biogenen Ursprungs sind.
- Was vibrierende Moleküle über die Zellbiologie verratenMit Infrarot-Vibrationsspektroskopie an BESSY II lassen sich hochaufgelöste Karten von Molekülen in lebenden Zellen und Zellorganellen in ihrer natürlichen wässrigen Umgebung erstellen, zeigt eine neue Studie von einem Team aus HZB und Humboldt-Universität zu Berlin. Die Nano-IR-Spektroskopie mit SNOM an der IRIS-Beamline eignet sich, um winzige biologische Proben zu untersuchen und Infrarotbilder der Molekülschwingungen mit Nanometer-Auflösung zu erzeugen. Es ist sogar möglich, 3D-Informationen, also Infrarot-Tomogramme, aufzuzeichnen. Um das Verfahren zu testen, hat das Team Fibroblasten auf einer hochtransparenten SiC-Membran gezüchtet und in vivo untersucht. Die Methode ermöglicht neue Einblicke in die Zellbiologie.