JUMP-1 – ein magnetisches Polymer aus Jena

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In einem Labor am Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Jena bereitet der Doktorand Oluseun Akintola aus Nigeria am 31.05.2017 eine Probe eines speziellen Polymers für die Untersuchung in einem Analysegerät vor. Dieses neuartige Material, das die Kombination bisher unbekannter Eigenschaften aufweist, eröffnet neue Möglichkeiten im Bereich schaltbarer magnetischer Materialien. Diese Verbindung firmiert unter dem Namen JUMP-1, wobei JUMP für "Jena University Magnetic Polymer" steht. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Jena (FSU/US) Es sind nur wenige kleine Kristalle, die Chemiker Oluseun Akintola von der Friedrich-Schiller-Universität Jena in einem Glasgefäß ins Licht hält. Violett schimmern die Polymer-Krümel, die ansonsten wenig spektakulär aussehen. Das Besondere an ihnen, so erklärt der nigerianische Doktorand vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie II, stecke im Detail. „Die Kristalle verfügen über eine immense innere Oberfläche“, so der Stipendiat des Villigst Studienwerks. Ein Gramm des Materials, das auf einem Teelöffel platzfindet, weist eine Porenfläche von gut 150 Quadratmetern auf. Das „Jena University Magnetic Polymer“ – kurz JUMP – hat Oluseun Akintola im Rahmen seiner Doktorarbeit am Lehrstuhl von Prof. Dr. Winfried Plass mit den dortigen Kollegen entwickelt und charakterisiert. In der Fachzeitschrift „CrystEngComm“ der Royal Society of Chemistry stellen die Chemiker die Substanz JUMP-1 vor (DOI: 10.1039/c7ce00369b), zu der das Team von Prof. Plass auch das Cover gestaltet hat.

Neben seiner inneren Größe besitzt das poröse Polymer als zweite Besonderheit magnetische Eigenschaften. „Diese sind zudem potenziell schaltbar, das heißt wir untersuchen aktuell chemische Modifikationen des Polymers, die den magnetischen Charakter des Materials an- bzw. 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“, so Plass weiter. 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.

Solche porösen Gerüststoffe oder MOFs (Metall-Organic Frameworks) sind keine Jenaer Erfindung, sondern in unterschiedlichster Form bereits seit einigen Jahren gängig. Neu an JUMP-1 ist jedoch, dass die Brückenmoleküle redoxaktiv sind, 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. „Auf diese Weise können wir das Polymer je nach möglicher Anwendung konfektionieren“, macht Prof. Plass deutlich. 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. Von JUMP-1, dem magnetischen Polymer aus Jena, so erwarten die Chemiker um Prof. Plass, werde also noch zu hören sein.

Original-Publikation:
Akintola O. et al. A robust anionic pillared-layer framework with triphenylamine-based linkers: ion exchange and counterion-dependent sorption properties, CrystEngComm, 2017,19, 2723-2732 (10.1039/C7CE00369B)

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