Metallorganische Gerüstverbindungen, kurz MOFs, sind kristalline Materialien, die aufgrund ihrer chemischen Vielseitigkeit in den vergangenen Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten haben. Forschende können MOFs gezielt anpassen und für ganz unterschiedliche Anwendungen einsetzen – etwa um Wasser aus Wüstenluft zu gewinnen, oder Kohlendioxid abzuscheiden. Dr. Constanze Neumann und ihr Team am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung haben nun eine neue Methode entwickelt, mit der sich die chemischen Bedingungen im Inneren von MOF-Poren untersuchen lassen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Chem veröffentlicht.

„MOFs gehören zu dem, was wir retikulare Materialien nennen“, erklärt Neumann. „Wir arbeiten mit einem chemischen Werkzeugkasten aus vorgefertigten Bausteinen, die wir je nach Bedarf kombinieren. So entstehen Poren in unterschiedlichen Größen und Formen. Ihre Abmessungen lassen sich bereits gut experimentell bestimmen, unser Ansatz zeigt jetzt, wie sich Größe und Form der Poren auf ihre chemische Umgebung auswirken. Außerdem können wir erkennen, wo chemische Modifikationen im Gerüst stattgefunden haben und welche Arten von Defekten vorliegen. Gerade für viele Anwendungen von MOFs, etwa der Gasspeicherung und -trennung oder der Katalyse spielt die chemische Umgebung innerhalb der Poren eine entscheidende Rolle.“

Die Idee des Teams war es, kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR) zur Kartierung der MOF-Poren zu nutzen. Dazu bringen die Forschenden kleine chemische Gruppen in die Poren ein, die Wasserstoff- oder Fluoratome enthalten. Diese Atome lassen sich mit NMR besonders leicht nachweisen. Schon wenige Minuten Messzeit reichen aus, um zu zeigen, welche chemische Umgebung die Reportergruppen im Inneren der Pore vorfinden. Verglich das Team MOFs mit identischem chemischem Aufbau, aber unterschiedlich großen Poren, unterschieden sich die NMR-Signale klar je nach Porentyp. Die Methode reagiert auch empfindlich auf Veränderungen: Gelangen Gase oder Lösungsmittel in die Poren, verschieben sich die Signale und machen sichtbar, wie Gastmoleküle die lokale Umgebung beeinflussen.

Wie wichtig dieses Forschungsfeld ist, zeigte sich im Jahr 2025, als der Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung metallorganischer Gerüstverbindungen vergeben wurde. Die Auszeichnung würdigte MOFs als vielseitige Materialplattform mit großem Potenzial für Energiefragen, Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. Indem sie einen neuen Blick in das Innere dieser Materialien ermöglicht, erweitert Neumanns Arbeit den Werkzeugkasten, der nötig ist, um MOFs zu verlässlichen und anwendungsnahen Systemen weiterzuentwickeln.

Originalveröffentlichung 

Hao Deng, Marco Bengsch, Christophe Farès, Zihang Qiu, Mir Henglin, Constanze N. Neumann Solid-state NMR provides location-specific information on the chemical environment inside MOF pores
Chem (2026)