Multifunktionale Membranen (CZS-Nachwuchsgruppe) Dr. Alexander Knebel 138 — FORSCHUNG Forschungsschwerpunkte • Stimuli responsive, poröse, kristalline Metall—Organische Netzwerke und deren amorphe Hybridgläser als Dünnschicht-Membranen, und als Nanopartikel in Polymer-Kompositen • Physikochemische Untersuchungen zu (Gas-)Diffusion und Transportphänomena vor, nach und während nach der Materialantwort auf externe Stimuli • Untersuchungen der Stimuli responsiven Materialien als Multifunktionsmaterialien in der membranbasierten Stofftrennung Die Carl Zeiss Stiftung „Durchbrüche“ Nachwuchsgruppe Multifunktionale Membranen von Dr. Alexander Knebel, seit 06/2021 in Jena, beschäftigt sich mit der Darstellung Metall-Organischen Netzwerke (MOFs) als Nanopartikel, Dünnschichten und Polymer-Füller Komposite und deren Verwendung in der membranbasierten Trenntechnik und Sensorik. Dabei liegt der Fokus auf der Verwendung des Molekularsiebmechanismus mit ultramikroporösen MOFs. Interessenfelder sind dabei Gastrennaufgaben, beispielweise CO2-Capture, Methanverwertung, aber auch Wasseraufbereitung durch Ultrafiltration von Farbstoffmolekülen aus Abwässern. Optische und elektronische Materialantworten werden ebenso für die Sensorik von Gasen verwendet. Ein großer Teil der Forschung der KnebelGruppe besteht darin, MOFs in ihren Materialeigenschaften synthetisch oder durch externe Stimuli zu manipulieren. Ein Beispiel dafür ist die Glasbildung aus kristallinem ZIF-62. Es konnte nachgewiesen werden, dass das thermische Schmelzen zwar zu einem Porenkollaps, dieser jedoch zu präzisen, porösen Strukturen im Glas führt, die dem des Kristalls noch immer ähneln. Über die CO2 Diffusion in ZIF62-Glas und den präzisen Molekularsiebeigenschaften des Glases wurde in der Coverstory von Nature Materials 02/2024 berichtet (Abb.1). Neue Technologien, wie der 3D-Druck werden erforscht, um MOF-Membranen auf optimierte Geometrien mit großen Oberflächen in minimalem Volumen zu synthetisieren und die Nutzung teurer keramischer Membranen zu optimieren. Dies führt jedoch zu synthetischen HerausfordeForschungsprofil Abb. 1. Titelseite der Februarausgabe 2024 von Nature Materials mit der Studie „Precise control over gastransporting channels in zeolitic imidazolate framework glasses“. Reprinted with premission from Springer Nature. rungen für die MOF Schichten. Die Gruppe berichtet darüber in Small Structures in 2024. MOF Dünnschichten, beispielweise solche aus MIL-68, können aufgrund von adsorptiven HostGuest Wechselwirkungen auf eine optische Stimulus reagieren, was für die optische Gas Sensorik von Interesse ist. Die Gruppe berichtet 2023 über die Herstellung eines optischen Gas Sensors in Form eines Fabry-Pérot Interferometers in ACS Nano. [1] Smirnova A., Hwang S., Sajzew, R. (2024): Precise control over gas transporting channels in zeolitic imidazolate framework glasses. Nature Materials, 10.1038/s41563-023-01738-3. [2] Rana S., R. Sajzew, Smirnova O., (2024) Gas‐Separating Metal‐ Organic Framework Membrane Films on Large‐Area 3D‐Printed Tubular Ceramic Scaffolds, Small Structures, 10.1002/sstr.202300346. [3] Monjezi B. H., Okur S., Limbach R., (2023): Fast dynamic synthesis of MIL-68 (In) thin films in high optical quality for optical cavity sensing. ACS Nano, 10.1021/acsnano.3c01558.
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