Kontrolle von Geometrische Frustration im Aufbau in von Gerüstverbindungen für verformungsinduzierte Reaktivität

• Antragsteller: Professor Dr. Frederik Haase
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550297945

Die weitreichendsten Fortschritte im Bereich von Gerüstverbindungen umfassen Verbesserungen der strukturellen Kontrolle und der Funktionalität. Diese Verbesserungen steigern deren Attraktivität für Forschung und Anwendungen erheblich. Bisher wurde oft die strukturelle Kontrolle verbessert, während die Funktionalität oft auf vorgefertigte funktionelle Gruppen an Linkern und Metallzentren beschränkt blieb, was zu Eigenschaften führt, die immobilisierten Molekülen gleichen. Gerüstverbindungen sind äußerst vielseitige Materialien, die jedoch neben ihrer Porosität nur eine begrenzte intrinsische Funktionalität aufweisen, im Gegensatz zur klassischen Festkörperchemie, in der fast alle Funktionen intrinsisch sind. Daher sind neue Ansätze erforderlich, die auf der verfügbaren strukturellen Kontrolle aufbauen, um intrinsisch funktionale Materialien zu entwickeln. In früheren Studien haben wir Inkompatibilitäten zwischen Linker- und Gerüstsymmetrie genutzt, um Frustration zu erzeugen, was zu einer vielfältigen und komplexen Chemie jenseits der vordefinierten Linker geführt hat. Dies führte zu ungewöhnlichen Strukturen mit selbstbegrenzendem Wachstum, Substöchiometrie eingeführt und stark gespannten Strukturen. Das Ziel dieses Projektes ist es, geometrischen Frustration in Gerüstverbindungen zu untersuchen, um ihre strukturelle und funktionelle Vielfalt zu erweitern und Reaktivität durch mechanische Spannung zu erzeugen. Die Forschungsziele sind: Ursachen für Frustration verstehen, Frustration zur Einführung hochenergetischer funktionaler Gruppen; Frustration induzierte Dehnungen zu nutzen, um funktionelle Gruppen innerhalb des Materialgerüsts zu aktivieren. Dies beinhaltet die gezielte Einstellung von mechanischer Spannung, Induktion periodischer Defekte. Die Forschung umfasst die systematische Synthese von MOFs und COFs , wobei ein Schwerpunkt auf COFs liegt. Die möglichen Ergebnisse jenseits dieses geplanten Ziele sind vielfältig und könnten zu rational konzipierten Quasikristallen, netzartigen Materialien mit neuartigen optoelektronischen Eigenschaften, Protonenleitfähigkeit und modulierten katalytischen und Adsorptionseigenschaften führen. Letztendlich wird erwartet, dass die Feinabstimmung der Eigenschaften innerhalb frustrierter Systeme die kontrollierte Einführung gewünschter hochenergetischer struktureller Merkmale ermöglicht, was den rationalen Entwurf netzartiger Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften und neuartigen Funktionalitäten erleichtert. Durch die Nutzung der Frustration sollen die strukturellen und funktionellen Möglichkeiten von netzartigen Materialien grundlegend erweitert werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Integrated solid and liquid handling robot
• Gerätegruppe: 1060 Dilutoren, Pipettiergeräte, Probennehmer