Im Rahmen eines SNF Starting Grants ar- beiten wir daher an der Entwicklung von MOFs, die sich wieder in ihre Komponen- ten zerlegen lassen. Wenn also beispiels- weise ihre Fähigkeit Metalle zu absorbie- ren oder eine Reaktion zu katalysieren nachlässt, möchten wir in der Lage sein, sie wieder in ihre Ausgangsmaterialien zu zerlegen und damit die MOFs wieder neu aufzubauen – das ist ein Weg, um sie wirklich nachhaltig zu machen. SNI INSight: Woran arbeitet Ihr Team aktuell im Bereich MOFs? Jonathan de Roo: Wir sind erst vor etwa fünf Jahren in die MOF-Forschung einge- stiegen – über unsere Arbeiten an Metall- Oxo-Clustern – winzige Nanopartikel, die auch als Bausteine für MOFs verwendet werden können. Uns interessiert insbe- sondere, wie Liganden und Oberflächen- chemie die Stabilität, Funktion und Syn- these beeinflusst. Dazu analysieren wir, welche moleku- lare Zusammensetzung die MOFs im De- tail besitzen. Mit den aktuellen Formeln bekommen wir nur die idealisierte Kris- tallstruktur, sehen aber Defekte nicht. Es sind aber oft gerade die Defekte, welche die besonderen Fähigkeiten wie katalyti- sche Aktivität ausmachen. Die genaue Strukturformel zu kennen, ist dabei nicht nur wissenschaftlich interessant, son- dern auch bei patentrechtlichen Fragen von enormer Bedeutung. In einer Studie haben wir die genaue Zusammensetzung bekannter MOFs unter- sucht, darunter das weit verbreitete UiO- 66. Laut Literatur besteht es aus Zirko- nium-Oxo-Hydroxo-Clustern (Zr6O4(OH)4) und den organischen Liganden. Unsere Analysen mittels Kernspinresonanzspek- troskopie (NMR), thermogravimetrischen Analysen (TGA) und UV-Vis-Spektrosko- pie haben nun gezeigt, dass auch andere Ionen wie Chlor in dem metallorgani- schen Gerüst zu finden sind. Für die Ent- wicklung neuer und besserer MOFs ist diese Kenntnis der genauen Zusammen- setzung – also eine genaue Minimalfor- mel – sehr wichtig und daran arbeiten wir. Ein weiteres Beispiel unserer For- schung zu MOFs liefert ein von der SNI- Doktorandenschule gefördertes Projekt in Zusammenarbeit mit der Fachhoch- schule Nordwestschweiz. Der ehemalige SNI-Doktorand Ajmal Roshan Unniram Parambil hat dabei in den letzten Jahren Experimente und Computersimulationen kombiniert, um unterschiedliche, be- kannte MOFs genauer zu untersuchen und auf den Ergebnissen basierend neue Gerüste gezielt zu entwerfen. Dabei zeigte sich unter anderem, dass bestimmte Phosphor-basierte Liganden die Cluster besonders stabil machen – eine Erkenntnis, die er theoretisch vorhersa- gen und experimentell bestätigen konnte. Schliesslich gelang es ihm, dass sich Clus- ter mithilfe spezieller «amphiphiler» Li- ganden, die sowohl wasserliebende als auch wasserabweisende Teile enthalten, zu dünnen Schichten selbst zusammenfü- gen – wir also in der Lage sind zweidimen- sionale MOFs zu synthetisieren, die künf- tig als Bausteine für neue, massgeschnei- derte Materialien dienen können. SNI INSight: Welche Herausforde- rungen bestehen bei der praktischen Anwendung von MOFs? Jonathan de Roo: Es gibt mehrere Hür- den und Herausforderungen. Zum einen die Kosten: Je spezifischer ein MOF auf eine bestimmte Porengrösse oder Funk- tion zugeschnitten ist, desto aufwendiger wird die Herstellung. Auch die Stabilität ist ein Thema – MOFs sind keine massiven Materialien wie Beton. Manche sind in saurem Milieu sta- bil, zerfallen aber in alkalischen Lösungen oder in Wasser. Temperatur und mechani- sche Belastung spielen ebenfalls eine Rolle hinsichtlich der Stabilität. Ein weiterer Aspekt ist ihre Wiederver- wendung. Im Prinzip kann man MOFs für mehrere Zyklen verwenden. Aber irgend- wann leidet dann meist die Effektivität. Jonathan de Roo nutzt Metall-Oxo-Cluster als Bausteine für MOFs. 5 SNI INSight Dezember 2025