PD Dr. H. Koller
Poröse Materialien
Ionenbewegung in Zeolithen
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 458
wurde die Bewegung von Kationen und Anionen in Zeolithen mit Hilfe der Festkörper-NMR untersucht.
Zeolithe sind mikroporöse Alumosilicate mit eingelagerten Kationen, die vor allem in der heterogenen
Katalyse eingesetzt werden. Dieses Projekt konzentrierte sich auf Zeolithe mit Cancrinith- und
Sodalith-Struktur. Mit Hilfe der NMR-Messungen konnten lokale Bewegungsprozesse analysiert werden. In
Zusammenarbeit mit anderen Gruppen im SFB wurden auch Messungen der Ionenleitfähigkeit
durchgeführt und mit Hilfe der quasielastischen Neutronenstreuung die Anionenrotation genauer
analysiert. Durch Salzeinlagerungen sollte die Kationendiffusion erhöht werden, denn theoretische
Kraftfeld rechnungen deuten darauf hin, dass Anionen die Wechselwirkung der Kationen mit der Zeolithmatrix
reduzieren und dadurch die Aktivierungsbarriere für einen Kationen sprungprozess erniedrigen. Der
Vergleich der verschiedenen Experimente weist in den untersuchten Systemen auf keine dynamische Kopplung
zwischen Kationen und Anionen hin, was ein Teil der Fragestellung dieses Projekts war.
Silicatgele und Hybridgele, Speicher für pharmazeutische Wirkstoffe und chemische Sensoren
Der Aufbau einer amorphen Gel-Matrix aus zwei verschiedenen Monomer-Bausteinen birgt ein großes
Potential zum Design funktioneller Wirtsstrukturen. In Gegenwart von porenfüllenden Molekülen,
wie zum Beispiel pharmazeutischen Wirkstoffen, bestehen vielseitige Möglichkeiten zur
Präparation von funktionellen Gast-Wirt-Systemen. So lässt sich zum Beispiel die Freigabe eines
Wirkstoffs ("controlled release") durch die Porosität und chemische Beschaffenheit der amorphen
Wirtsmatrix maßschneidern. Hierbei spielen nano- und mesoskopische Ordnungsprozesse eine Rolle, die
durch geeignete chemische Faktoren ("molekulare Erkennung") beeinflusst werden können. Die Kinetik
der Wirkstofffreigabe hängt aber auch von der Porosität und Korngröße ab und wird
durch Extraktionsexperimente nach den in der Pharmaforschung gängigen Standards untersucht um die
Retardierungseigenschaften zu charakterisieren. Die Porosität der Gele wird mit Hilfe von
Sorptionsexperimenten untersucht.
Positronen-Annihilation und N2 Sorption.
Das Positron besitzt im Kontakt mit Materie als Antiteilchen des Elektrons nur eine begrenzte Lebenszeit bevor
durch Annihilation unter Aussendung von g-Strahlung zerfällt. Die
Zerfallszeit ist u.a. eine Funktion der Elektronendichte und damit Porosität des untersuchten Materials.
Die Positronen-Annihilation ist in der Lage, Hohlräume aufzuspüren, die durch N2
Sorption unentdeckt bleiben. Diese Eigenschaft beruht auf der Eigenschaft der Positronen, in Materie
zunächst unbeschadet einzudringen (10-1000 mm) bevor die kinetische
Energie soweit reduziert ist, dass durch Clusterbildung mit Elektronen der Zerfall eintreten kann. Zurzeit
werden Kieselgele von uns hergestellt, welche ein mit organischen Seitenketten belegtes Porensystem besitzen.
Diese Seitenketten beeinflussen durch ihre Wechselwirkung mit Gastmolekülen (z.B. pharmazeutische
Wirkstoffe, s.u.) und durch ihre Beweglichkeit den Diffusionsprozess und die Sorptionseigenschaften (z.B.
auch für N2) des Materials. Diese Untersuchungen mit Postronen-Annihilation werden
momentan in Zusammenarbeit mit einem Labor in Australien durchgeführt. Es wird angestrebt, diese
Methode in Zukunft auch hier vor Ort aufzubauen.
Beteiligte Wissenschaftler:
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