Highly stable Zr(Hf)-based Surface-anchored Metal-Organic Frameworks (SURMOFs) for technical application

Metallorganische Netzwerke (MOFs), erstmals 1995 veröffentlicht, sind bekannt für ihre hohe spezifische Oberfläche, einstellbare Porosität und die Fähigkeit, funktionelle Gruppen zu integrieren, was sie für zahlreiche Anwendungen vielversprechend macht. Ihre praktische Nutzung, insbesondere in herausfordernden Umgebungen, ist jedoch oft durch Stabilitätsprobleme eingeschränkt. Obwohl Oberflächenverankerte MOFs (SURMOFs) entwickelt wurden, um die Integration von MOFs in Geräte zu verbessern, bleibt die Stabilität eine erhebliche Herausforderung.
Diese Doktorarbeit untersucht die Synthese, Charakterisierung, Modifikation und Anwendung von hochstabilen Zr(Hf)-basierten SURMOFs für technische Anwendungen. ... mehrZr(Hf)-MOFs wie die UiO-66 und NU-1000 Familien zeigen außergewöhnliche Stabilität und eignen sich daher gut für industrielle Anwendungen. Trotz ihrer Stabilität ist ihre Herstellung komplex, da Metallcluster statt Metallionen verwendet werden und viele Parameter das Wachstum und die Orientierung der Dünnschichten beeinflussen.
Die Forschung verwendet Liquid-Phase Epitaxial (LPE) Layer-by-Layer (LbL) Methoden, die gegenüber traditionellen solvothermalen Techniken Vorteile bieten, indem sie fehlerfreie Filme mit präziser Orientierung ermöglichen. Zudem werden post-synthetische Modifikationen untersucht, um die Eigenschaften und Funktionalität der SURMOFs weiter zu verbessern.
Die Ergebnisse liefern wesentliche Erkenntnisse über die Vorbereitung und Anwendung von Zr(Hf)-SURMOFs mit Auswirkungen auf industrielle und umwelttechnische Anwendungen. Diese Ergebnisse könnten Bereiche wie Sensortechnologie, Katalyse und Wasseraufbereitung beeinflussen und interdisziplinäre Zusammenarbeit fördern.

Metal-Organic Frameworks (MOFs), first reported in 1995, are recognized for their unique properties such as high surface area, tunable porosity, and the ability to incorporate a variety of functional groups, which make them promising for numerous applications. However, their practical use in challenging environments is often limited by stability issues. Although Surface-Anchored MOFs (SURMOFs) have been developed to enhance the integration of MOFs into devices, stability remains a significant challenge.
This PhD thesis explores the synthesis, characterization, modification, and application of highly stable Zr(Hf)-based SURMOFs for various technical applications. ... mehrZr(Hf)-based MOFs, including the UiO-66 and NU-1000 families, exhibit exceptional stability, making them well-suited for industrial applications. Despite their stability, the preparation of Zr(Hf)-MOFs is complex due to the use of metal clusters rather than metal ions, and the synthesis of SURMOFs involves many parameters that affect thin film growth and orientation.
The research addresses these challenges by employing Liquid-Phase Epitaxial (LPE) Layer-by-Layer (LbL) methods, which offer advantages over traditional solvothermal techniques by enabling the production of defect-free films with precise orientation. The study also investigates post-synthetic modifications to further enhance the properties and functionality of SURMOFs.
The findings provide significant insights into the preparation and application of Zr(Hf)-based SURMOFs, with implications for various industrial and environmental applications. The outcomes could impact fields such as sensing technology, catalysis, and water purification, and promote interdisciplinary collaboration.