Danke, dass Du an den Chemie-Nobelpreis erinnerst, der in der aktuellen Nachrichtenlage fast untergegangen wäre.
MOFs (Metal-Organic Frameworks) sind entscheidend für die Speicherung und Trennung von Gasen wie CO₂, Wasserstoff oder Methan, in der Katalyse sowie in Energie- und Speichertechnologien. Auch medizinische Anwendungen zur Wirkstofffreisetzung und in der Umwelttechnik, etwa zur Luftreinigung, Feuchtigkeitsregulierung und Wärmespeicherung, sind von großer Bedeutung.
Die Synthesen von
ZIF-8 (Zeolitic Imidazolate Framework-8) und
HKUST-1 (Cu-BTC, Kupfer(II)-benzoltricarboxylat) passen didaktisch gut in die Synthesesammlung.
HKUST-1, benannt nach der Hong Kong University of Science and Technology, auch als Cu-BTC oder MOF-199 bekannt, besteht aus Kupfer(II)-Ionen und 1,3,5-Benzoltricarbonsäure (Trimesinsäure) als Linker. Es bildet markante blau-grüne Kristalle und war eines der ersten bekannten MOFs. Benötigt werden Kupfersalze (z. B. Kupfer(II)-nitrat oder -acetat) und Trimesinsäure, die als Feststoff erhältlich ist.
Frühere Synthesen dauerten bis zu 48 Stunden bei 85 °C und erforderten langes Trocknen, was unpraktisch ist. Inzwischen existieren Quick-and-Dirty-Varianten, die deutlich schneller ablaufen.
Ein bewährter, schulgeeigneter Ansatz nutzt Kupferhydroxid [Cu(OH)₂] als Metallquelle, da es die Trimesinsäure neutralisiert. Eine Suspension von Cu(OH)₂ wird mit einer Lösung von Trimesinsäure in Wasser/Ethanol vermischt. Nach etwa 10 Minuten Rühren bei Raumtemperatur fällt ein himmelblaues Präzipitat aus, das mit Ethanol gespült und bei ~85 °C etwa 45 Minuten getrocknet wird. Dabei entsteht ein dunkelblaues Pulver, ein einfacher Sichtnachweis für die MOF-Bildung. Das Verfahren benötigt nur Wasser/Alkohol und einfache Laborgeräte (Becherglas, Heizplatte, Filter). Ähnliche Methoden erzielen in 1-2 Stunden vergleichbare Ergebnisse.
Anwendungen und Tests: HKUST-1 eignet sich hervorragend für Anschauungsversuche. Gibt man etwas Pulver in eine Methylenblau-Lösung, wird diese binnen Minuten heller, da der Farbstoff in die Poren aufgenommen wird. Mit einer Smartphone-App lässt sich die Abnahme der Blaufärbung quantifizieren, da Methylenblau vor allem rotes Licht absorbiert.
Quelle: Crom, Audrey & Holley, Kate & Feldblyum, Jeremy. (2023). Implementation of High School Level Laboratory Experiments Demonstrating Nanoscale Porosity in Metal–Organic Frameworks.
DOI:
10.26434/chemrxiv-2023-9tmfh
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