{"id":87594,"date":"2022-12-16T02:30:30","date_gmt":"2022-12-16T01:30:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=87594"},"modified":"2022-12-16T09:45:59","modified_gmt":"2022-12-16T08:45:59","slug":"neues-material-fuer-energiespeicher-und-optoelektronik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/neues-material-fuer-energiespeicher-und-optoelektronik\/","title":{"rendered":"Neues Material f\u00fcr Energiespeicher und Solarzellen"},"content":{"rendered":"\n

Forschende der Technischen Universit\u00e4t (TU) Berlin haben einen neuen Stoff aus der Klasse der mikropor\u00f6sen, metallorganischen Ger\u00fcstverbindungen (MOF) entwickelt. Solche Verbindungen k\u00f6nnen einerseits kleine Molek\u00fcle und Gase wie Wasserstoff, CO2<\/sub> oder sogar Giftstoffe speichern. <\/p>\n\n\n\n

Weil sie andererseits durch die hohe Anzahl der Poren eine gro\u00dfe Oberfl\u00e4che besitzen, w\u00e4ren sie auch als Material f\u00fcr Elektroden geeignet, etwa in sogenannten Superkondensatoren, die wesentlich schneller geladen werden k\u00f6nnen als herk\u00f6mmliche Akkus. Problematisch war bislang aber, dass die meisten MOFs Strom nur sehr schlecht leiten. Das neue Material mit dem Namen GTUB3 ist nun sowohl leitf\u00e4hig wie auch chemisch und thermisch \u00e4u\u00dferst stabil. Was es einzigartig macht: Es ist auch photolumineszent<\/a>, das hei\u00dft, es leuchtet bei Bestrahlung mit Licht. Damit sind auch Anwendungen in der Optoelektronik oder bei Solarzellen denkbar.<\/p>\n\n\n\n

Sie gelten als eine der spannendsten Stoffklassen der modernen Chemie \u2013 die \u201eMetal-Organic Frameworks\u201c oder kurz MOFs. Diese Materialien bestehen aus Metallatomen, die direkt mit organischen Molek\u00fclen verbunden sind. \u201eFr\u00fcher wurden solche Kristallstrukturen nur wegen ihrer \u00e4sthetischen Sch\u00f6nheit gesch\u00e4tzt. Einige erinnern tats\u00e4chlich an marokkanische Fliesen\u201c, erz\u00e4hlt Dr. G\u00fcndo\u011f Y\u00fccesan von der Fakult\u00e4t III Prozesswissenschaften der TU Berlin. \u201eHeute sind sie interessant wegen der vielen Hohlr\u00e4ume, die mikropor\u00f6se MOFs zu idealen Speichermedien machen, und deren gro\u00dfer Oberfl\u00e4che, die Reaktionen erleichtert.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Modulare Bauweise<\/h5>\n\n\n\n

Vor allem lassen sich neue Verbindungen in dieser Stoffklasse sehr systematisch entwickeln, weil die Molek\u00fcle modulartig aufgebaut sind. Anorganischen Baueinheiten \u2013 die sogenannten IBUs \u2013 werden dabei \u00fcber langkettige organische Verstrebungen \u2013 die Linker \u2013 miteinander verbunden. Auf diese Weise k\u00f6nnen gro\u00dfr\u00e4umige, elementare Strukturen gebildet werden, die sich dann entweder in Schichten oder als Bausteine gestapelt wiederholen und so Kristalle bilden.<\/p>\n\n\n\n

Hitzebest\u00e4ndig und chemisch stabil<\/h5>\n\n\n\n

W\u00e4hrend es bereits \u00fcber 100.000 MOFs gibt, sind trotzdem weite Bereiche dieses Forschungsfelds noch wenig bearbeitet. \u201eVor allem von den mikropor\u00f6sen MOFs, die Phosphor enthalten, gibt es bisher weniger als 50\u201c, sagt Y\u00fccesan. \u201eSie haben unser Interesse geweckt, weil die ersten bekannten Phosphor-MOFs sich als thermisch und chemisch sehr stabil herausstellten.\u201c Ideale Eigenschaften f\u00fcr das Material von Elektroden, die es in Elektrolyten oder gar S\u00e4uren lange Zeit aushalten m\u00fcssen, auch wenn es bei den dort stattfindenden Reaktionen hei\u00df wird.<\/p>\n\n\n\n

Leitf\u00e4hig in allen drei Raumrichtungen<\/h5>\n\n\n\n

Das gro\u00dfe Problem: MOFs sind im Allgemeinen Isolatoren \u2013 eine schlechte Grundeigenschaft f\u00fcr Elektroden, durch die ja Ladungstr\u00e4ger flie\u00dfen sollen. Y\u00fccesan und sein Team haben daher bereits 2020 in Zusammenarbeit mit weiteren Universit\u00e4ten und Forschungsinstituten zwei mikropor\u00f6se Phosphor-MOFs mit h\u00f6herer Leitf\u00e4higkeit designt, \u201eTUB75\u201c und \u201eTUB40\u201c, benannt nach der TU Berlin. Mit GTUB3 wird nun auch die beteiligte Gebze Technical University in der T\u00fcrkei im Namen geehrt. Die neue Verbindung enth\u00e4lt neben Phosphons\u00e4ure unter anderem die Metalle Kupfer und Zink sowie das aus vier Kohlenstoff-Ringen bestehende Porphyrin. Alle Ausgangsstoffe sind damit preiswert, in gro\u00dfen Mengen vorhanden und ungiftig f\u00fcr Mensch und Umwelt. Der Halbleiter GTUB3 ist im Gegensatz zu seinen beiden Vorg\u00e4ngern in allen drei Raumrichtungen gleich gut leitf\u00e4hig und temperaturbest\u00e4ndig bis 400 Grad Celsius.<\/p>\n\n\n\n

Einsatz in Superkondensatoren f\u00fcr Autos, Busse und Bahnen<\/h5>\n\n\n\n

Ein gro\u00dfes Potenzial von GTUB3 sieht G\u00fcndo\u011f Y\u00fccesan bei der Verbesserung von Superkondensatoren, wie sie zur kurzfristigen Stromspeicherung bei der R\u00fcckgewinnung von Bremsenergie in Bussen und Bahnen und auch bei manchen Autos eingesetzt werden. Diese Superkondensatoren sind elektrochemische Energiespeicher mit sehr hoher Leistungsdichte, die um ein Vielfaches schneller geladen werden k\u00f6nnen als herk\u00f6mmliche Akkus. Allerdings speichern sie weit weniger Energie als Akkus gleicher Masse. Neue Elektrodenmaterialien \u2013 wie zum Beispiel GTUB3 \u2013 sollen diesen Abstand verringern. \u201eDie neue Verbindung ist zudem geeignet f\u00fcr die in der Industrie h\u00e4ufig verwendeten D\u00fcnnschicht-Verfahren zum Auftrag auf Tr\u00e4germaterialien\u201c, erkl\u00e4rt Y\u00fccesan.<\/p>\n\n\n\n

Eigenschaften auch f\u00fcr LED und Solarzellen interessant<\/h5>\n\n\n\n

Quasi als Draufgabe ist GTUB3 auch noch photolumineszent<\/a>, sendet also selbst Licht aus nach Bestrahlung. Diese Eigenschaft ist essenziell f\u00fcr die Funktionsweise sowohl von Leuchtdioden (LED) wie auch von Solarzellen. Solch eine Vielfalt von guten Eigenschaften mache das neue Material zu einem idealen Startpunkt f\u00fcr die Entwicklung einer ganzen Familie von MOFs auf Phosphorbasis, freut sich Y\u00fccesan. \u201ePhosphons\u00e4ure hat zudem eine gro\u00dfe Anzahl von Bindungsm\u00f6glichkeiten an Metalle, das l\u00e4sst uns viel Freiheit bei der Entwicklungsarbeit.\u201c Auf die Keimzelle dieser Familie, GTUB3, hat die TU Berlin bereits ein Patent angemeldet.<\/p>\n\n\n\n