Wertvoller als Diamanten: Dresdner Forscher erschaffen porösesten Werkstoff der Welt

Je mehr Poren ein Festkörper hat desto mehr Gase – etwa Wasserstoff – oder Flüssigkeiten kann er speichern. Die Hersteller dürfen es allerdings nicht übertreiben. Bei übermäßig vielen Poren wird das Material brüchig. Forscher an der Technischen Universität Dresden haben die Porösität jetzt auf die Spitze getrieben, ohne die Stabilität außer Acht zu lassen. Sie präsentieren jetzt den Werkstoff mit den meisten „Löchern“. DUT-60, so heißt das poröse Material, ist eine neue kristalline Netzwerkstruktur mit der weltweit höchsten spezifischen Oberfläche und dem höchsten jemals gemessenen spezifischen Porenvolumen. Für die Massenanwendung ist das Material allerdings noch nicht geeignet. Wegen der aufwändigen Herstellung ist es wertvoller als Gold oder gar Diamant. Außerdem kann das Team um Stefan Kaskel, Professor für Anorganische Chemie, nur Kleinstmengen herstellen. Doch das kann sich noch ändern.

2,5 Mal poröser als Graphen

Kaskel vergleicht „sein“ Material mit anderen, die ebenfalls hochporös sind: „Stellt man sich die innere Oberfläche eines Gramms Zeolithe als ebene Fläche vor, erstreckt sich diese über rund 800 Quadratmeter, Graphen liegt knapp unter 3000 Quadratmeter. Ein Gramm DUT-60 hingegen würde 7800 Quadratmeter Fläche erreichen.“ 90,3% von DUT-60 sind Hohlraum. Es handelt sich um eine metallorganische Gerüstverbindung (englisch: Metal-Organic Framework „MOF“). Die Forscher entwarfen das Material am Computer. Eines der wichtigsten Kriterien war die Stabilität des fragil erscheinenden Gerüsts. Als der Entwurf fertig war synthetisierten die Forscher das Material. Das war gar nicht so einfach. „Es hat fünf Jahre gedauert von der Entwicklung am Computer bis zum reinen Produkt DUT-60“, so Kaskel. Pro Durchgang schaffen die Forscher gerade mal50 Milligramm DUT-60.

Der bisherige Rekord ist sechs Jahre alt

Der bisherige Weltrekord lag bei dem 2012 von Omar Farha von der Northwestern University hergestellten Material NU-110, dessen Porenvolumen deutlich unter dem des neuen Rekordhalters liegt.
„Wir arbeiten an Anwendungen poröser Materialien in den Themenfeldern Gasspeicherung, Umweltforschung, Katalyse, Batterien und Luftreinigung“ so Kaskel. Denkbar ist beispielsweise der Einsatz als Luftreiniger, der Schadstoff aufnimmt und sie fest einschließt. Und Katalysatoren sind umso wirkungsvoller, je größer ihre Oberfläche ist, die den Kontakt zwischen den Stoffen herstellt, die miteinander reagieren sollen.