Die Wissenschafter um Shaghayegh Naghdi und Dominik Eder vom Institut für Materialchemie der Technischen Universität (TU) Wien nehmen für ihren Ansatz metallorganische Gerüste (MOFs) als Ausgangspunkt. Sie weisen eine Vielzahl an sehr kleinen Löchern auf. Diese Strukturen sind derart perforiert, dass sie um die 7.000 Quadratmeter Oberfläche pro Gramm aufweisen können, was sie zu den Verbindungen mit der größten bekannten Oberfläche macht. „Das bedeutet, dass in einem Gramm MOFs ein ganzes Fußballfeld Platz findet“, so Eder am Mittwoch in einer Aussendung der TU.
Je mehr Oberfläche, desto mehr Möglichkeiten bieten sich auf engstem Raum, chemische Reaktionen vonstatten gehen zu lassen und zum Beispiel schädliche Verbindungen in großen Mengen gezielt zu binden. Daher sind MOFs auch Hoffnungsträger, wenn es darum geht, Gase zu trennen und aufzubewahren, Wasser zu reinigen oder Medikamente im Körper zu transportieren. Ein Problem ist jedoch, die Stoffe auch in das Innere der besonderen Gerüste zu bringen. Die Kanäle, durch die die Stoffe durch müssen, sind in der Regel nämlich nur einen Nanometer dünn, weshalb sie leicht verstopfen.
In der Fachzeitschrift „Nature Communications“ stellten die Wiener Forscher 2022 eine Methode vor, mit der sich zusätzliche Poren in den MOFs einbauen lassen. Diese sind mit rund zehn Nanometern Durchmesser deutlich größer. Diese „Mesoporen“ entstehen, indem die Wissenschafter „einen bestimmten Teil der organischen Verbindungsmoleküle“ gezielt wegbrennen: „Allerdings müssen wir dabei sehr vorsichtig vorgehen, um einen Zusammenbruch der gesamten Mikroporenstruktur zu verhindern“, so Naghdi.
Mit dem modifizierten Material ging man in Kooperation mit kanadischen Kollegen nun daran, Glyphosat aus Grundwasser zu filtern. Das ging deutlich rascher und effizienter als mit bisher dafür verwendeten Ansätzen, heißt es seitens der TU Wien. In am Technion in Israel durchgeführten Computersimulationen zeigte sich, dass durch die Nachbearbeitung der MOFs neue Stellen entstehen, wo Glyphosat angebunden werden kann. Die Bindungen sind allerdings auch „schwach genug, um Glyphosat mit einer einfachen Natriumchlorid-Salzlösung wieder zu entfernen, so dass diese MOFs mehrfach verwendet werden können“, so Eder, der sich der Entwicklung weiterer metallorganischer Gerüste widmen will, mit denen andere Schadstoffe gebunden werden können.
Studie in „Advanced Functional Materials“; Arbeit in „Nature Communications“:
