Neuartiges Material Magnetisches Nano-Polymer mit riesiger Innenfläche

Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben ein magnetisches mikroporöses Koordinationspolymer entwickelt, dessen Sorptionseigenschaften sich „an-“ oder „abschalten“ lassen.

Nanostruktur zur Untermiete

Bei der Substanz mit dem Namen „Jena University Magnetic Polymer“ (JUMP) handelt es sich um ein regelmäßig strukturiertes dreidimensionales Gerüst, das von Nano-Poren durchzogen ist. In diese nur etwa ein Nanometer großen Hohlräume lassen sich verschiedene chemische Moleküle einlagern und so die Eigenschaften des Grundgerüstes steuern.

Und die Fläche, die zur Verfügung steht, ist riesig: Ein Gramm des Materials, das auf einen Teelöffel passt, weist eine Porenfläche von gut 150 Quadratmetern auf.

Magnetismus an oder aus

Neben seiner inneren Größe besitzt das poröse Polymer als zweite Besonderheit magnetische Eigenschaften. „Diese sind zudem potenziell schaltbar. Wir untersuchen aktuell chemische Modifikationen des Polymers, die den magnetischen Charakter des Materials an- beziehungsweise ausschalten“, erläutert Prof. Plass.

Bei dem Material handelt es sich um Schichten eines zweidimensionalen Netzwerkes aus einer magnetischen Cobaltverbindung, die über regelmäßig angeordnete Verbindungsmoleküle verbrückt sind. Dadurch ergibt sich ein dreidimensionaler Kristall, der zu mehr als 50 Prozent seines Volumens aus Hohlräumen besteht. In diese Hohlräume können sich verschiedene kleine Ionen oder Moleküle einlagern. „Je nach Eigenschaften dieser Gastmoleküle verändern sich die Eigenschaften des Polymers“, erläutert Prof. Plass.

Steuerbare Gitterstruktur

Die Brückenmoleküle sind redoxaktiv, sie können einzelne Elektronen abgeben und erlauben dadurch die magnetischen Eigenschaften der Schichten aus Cobaltionen anzusteuern. Zudem lassen sich in das insgesamt negativ geladene Polymergerüst positiv geladene Gegenionen gezielt einbauen, die ihrerseits das Aufnahmevermögen des Gittergerüsts für Gastmoleküle regulieren und gewissermaßen die „Tür“ zu den Poren gezielt öffnen und schließen.

Einsatz in Sensoren oder Katalysatoren

Anwenden lassen sich zukünftige schaltbare magnetische Materialien beispielsweise als hochempfindliche Sensoren für kleine geladene Moleküle. Dank ihrer immensen inneren Oberfläche könnten solche Polymere auch als Katalysatorsubstanzen für chemische Reaktionen nützlich sein.