Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG)

Poröse Membranen und Sensormaterialien

Membranen aus Metall-Organische Netzwerkverbindungen (engl. Metal-Organic Frameworks, MOF) stellen eine neue Schlüsseltechnologie dar, um die EU Klimaziele bis 2050 zu erreichen. Membranen ermöglichen eine kontinuierliche Gastrennung, die (a) eine aktive Separation von CO2 z.B. von Industrieabgasen ermöglicht, aber auch (b) eine technologische Ablösung kryogener Destillationskolonnen und somit eine Etablierung einer grünen Produktion möglich macht.

 

 

Poröse Flüssigkeiten und Mixed Matrix Membranen

Poröse Flüssigkeiten sind eine neue Materialklasse, die, in Bezug auf MOFs, eine kolloidale Dispersion darstellt, bei denen die Porenöffnung der MOFs kleiner ist, als die umgebenden Lösemittelmoleküle, sodass die Nanokristalle „leer“ und die Poren zugänglich sind. Poröse Flüssigkeiten sind sehr gut prozessierbare, extrem stabile Kolloide, die durch ihre Monodispersität als Füllermaterial für Mixed Matrix Membranen (Polymer-Füller Membranen, MMMs) verwendet werden können und dort die Möglichkeit bieten extrem hohe Polymerbeladung zu erzeugen, ohne dass die Polymereigenschaften verloren gehen. MMMs sind aufgrund geringer Kosten und einfacher Herstellung für die Industrie am relevantesten und anwendungsnah.

 

 

SURMOF Membranen

Die Synthese von MOFs kann auf das nächste Level angehoben werden, indem Flüssigphasenepitaxy (engl. Liquid Phase Epitaxy, LPE) verwendet wird, welche eine Einheitszellenpräzision bei der Filmabscheidung ermöglicht, und das

 

selbst auf sehr rauen Oberflächen von keramischen Membranträgern. Diese Technologie ermöglicht ebenfalls die Abscheidung von hierarchischen Schichten, die dann die Separationsparameter mehrere Materialien in sich kombinieren.

 

 

Stimuli Responsive Membranes


Um die Separationsiegenschaften wie Flux und Trennfaktor von Membranen zu verbessern oder zu steuern können spezielle MOF-Systeme und Permeatoren entwickelt werden, die einen in-situ Einfluss über externe Stimuli, wie Licht und elektrische Felder, nehmen können. Das Ergebnisse kann dann eine „Defibrillation“ von Gerüstschwingungen sein, die zu verbesserte Molekularsieben führt, oder eine schaltbare Membran über Lichtbestrahlung.


 

 

Sensor Materials

 

Die Nutzung von Lanthaniden in der Synthese von MOFs und MOF-Dünnschichten kann zu außergewöhnlichen Eigenschaften führen. Zum einen sind diese MOFs extrem Temperaturstabil, bis zu 620 °C, aber auch lumineszent und über ihr Porensystem sensitiv zu Gasen, was sie für Sensoren interessant macht. Außerdem ist die Nutzung dieser Materialien in MMMs für die Gastrennung eine interessante Anwendung, die die Arbeitsgruppe untersucht.