Lichtaktive MOF-Filme als Lösungsansatz für künftige Klimaschutztechnologien

Ein internationales Konsortium hat einen wichtigen Schritt zur Entwicklung skalierbarer und energieeffizienter Lösungen für die CO₂-Abscheidung und -Speicherung gemacht. Ermöglicht hat dies der Einsatz von metallorganischen Gerüst-Filmen (MOF-Filmen), die CO2 unter umgebungsnahen Temperaturbedingungen reversibel adsorbieren und freisetzen können – allein ausgelöst durch Änderungen von Licht oder Temperatur. Zur Erreichung der Klimaziele in puncto CO2-Neutralität könnte diese Technologie einen entscheidenden Beitrag leisten.

Die Studie des interdisziplinären Teams mit Wissenschafter*innen des Forschungsinfrastrukturkonsortiums CERIC-ERIC, Elettra Sincrotrone Trieste, der TU Graz und des Istituto Officina dei Materiali (IOM) des nationalen Forschungsrats von Italien (CNR) wurde kürzlich in Nature Communications veröffentlicht. Im Rahmen ihrer Forschung befassten sich die Wissenschaftler*innen mit einer großen Herausforderung in diesem Bereich: die Anpassung hochporöser MOF-Materialien zu geeigneten, langlebigen und responsiven Filmstrukturen für den Einsatz in CO₂-Abscheidungs- und -Speichertechnologien bei gleichzeitiger Erhaltung ihrer strukturellen Integrität und Kapazität zur Adsorption.

MOF-Filme auf Basis von Zink

Die Klimaneutralitätsziele streben die Minderung des menschlichen Einflusses auf den Klimawandel an, indem ein Gleichgewicht zwischen CO₂-Emissionen und deren Adsorption oder Sequestrierung aus der Atmosphäre erreicht wird. In diesem Zusammenhang zählen gerade die mikroskopisch kleinen MOF-Strukturen, welche bekannt für ihre außergewöhnliche Porosität und anpassbare Chemie sind, zu den vielversprechendsten Kandidaten für zukünftige CO₂-Minderungsstrategien, da einer ihrer vielfältigen Einsatzbereiche die Bindung von Kohlendioxid in ihren wenige Nanometer großen Poren ist. Ihre Integration und ihr Einsatz wurden jedoch durch Herausforderungen bei der Herstellung funktionaler, stabiler Formen verlangsamt, die mit industriellen Systemen kompatibel sind. Im Rahmen der Studie entwickelten die Forschenden flexible, Zink-basierte MOF-Filme, die als heteroepitaxiale Schichtstrukturen auf Substraten gewachsen sind. Diese Filme enthalten sowohl funktionalisierte organische Verbindungsstücke, sogenannte Linker, als auch photoschaltbare Moleküle wie Azobenzol, was eine reversible CO₂-Abscheidung ermöglicht. Auslöser für die Abscheidung ist Licht - sowohl ultraviolettes als auch sichtbares.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, MOF-Filme zu entwickeln, die nicht nur unter umgebungsnahen Bedingungen funktionieren, sondern auch ferngesteuert mit Licht kontrolliert werden können. Das bietet eine äußerst interessante Möglichkeit zur intelligenten und energieeffizienten CO₂-Abscheidung, die gleichzeitig eine nicht-invasive Kontrolle über das System ermöglicht“, sagt Hauptautorin Sumea Klokic vom Institut für Anorganische Chemie der TU Graz, die die Studie entworfen und die entsprechenden Messungen im Rahmen der CERIC-ERIC-Forschung durchgeführt hat.

Das vollständige Paper “Flexible metal-organic framework films for reversible low-pressure carbon capture and release” ist in Nature Communications unter folgendem Link verfügbar: https://doi.org/10.1038/s41467-025-60027-6.