Poröse Kristalle, sogenannte „metal-organic frameworks“ (MOFs), gehören zu den Shooting-Stars der Materialwissenschaft. MOFs bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Sie haben eine hohe Porosität und somit eine extrem große Oberfläche: Ein Teelöffel MOFs hat die Oberfläche eines Fußballfeldes. Dank ihrer unzähligen, einheitlich großen Poren könnten MOFs in Zukunft beispielsweise zur Speicherung von Gas oder von pharmazeutischen Wirkstoffen ebenso eingesetzt werden wie zur Katalyse oder chemischen Stofftrennung, wo MOFs wie „molekulare Tore“ funktionieren. Die Poren der Kristalle sind dabei in ihrer Größe veränderbar und lassen sich chemisch funktionalisieren.
In Nature Materials 16 (2017) konnten Paolo Falcaro erstmals das in Anordnung und Ausrichtung kontrollierte Wachstum von MOFs nachweisen, was diese Materialklasse für den multifunktionalen Einsatz in Mikroelektronik, Optik, Sensorik oder Biotechnologie höchst interessant macht und in der Materialforschung für Begeisterung sorgt.
An diesem Nachweis setzt das vom European Research Council (ERC) nun mit einem ERC Consolidator Grant ausgezeichnete Projekt POPCRYSTAL – Precisely Oriented Porous Crystalline Films and Patterns – von Paolo Falcaro vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der TU Graz an. Mit Paolo Falcaro hat die TU Graz ihren sechsten ERC Grant-Preisträger in nur vier Jahren. Der Ausgezeichnete sagt: „Das Projekt POPCRYSTAL fokussiert auf die Herstellung kristalliner Materialien mit exakt ausgerichteten Poren. Wenn wir die Porenorientierung von MOFs präzise steuern können, wird es möglich, effiziente Geräte für Anwendungen in der Optik, der Sensorik oder der Mikroseparation herzustellen.“
In den kommenden fünf Jahren wird sich das Team rund um Paolo Falcaro mit sämtlichen Mechanismen und Parametern rund um Entstehung, Ausdehnung, Eigenschaften und Steuerung von MOFs beschäftigen. Ziel ist die Entwicklung von Mikrofilmen und Mikrostrukturen auf Basis exakt ausgerichteter Kristalle, die dann in der Herstellung smarter Bauteile wie Mikrochips oder Sensoren Anwendung finden.