Schwarzer Stein, der auf einer Seite von einem hellen Mineral überzogen ist

Natürliche metallorganische Gerüste entdeckt

In siebzig Jahre alten Mineralproben aus einer russischen Kohlemine fanden Wissenschaftler in Kanada und Russland metallorganische Kristalle mit einem überraschend porösen Aufbau. Zur Verblüffung der Mineralogen glich die Struktur ihrer Proben denen von metallorganischen Gerüsten – einer kurz MOF genannten Materialgruppe, die sich bisher nur mit aufwendigen Verfahren künstlich herstellen lässt. Sowohl natürliche als auch künstliche MOF-Kristalle könnten als kompakte Gasspeicher für Wasserstoff und Kohlendioxid oder als effiziente Katalysatoren zum Einsatz kommen. Über ihren Fund berichtet das Team in der Fachzeitschrift „Science Advances“.

Grafische Darstellung der Struktur der metallorganischen Gerüste
Metallorganisches Gerüst

„Das ist die allererste Entdeckung von metallorganischen Gerüsten in der Natur“, sagt Tomislav Friščić von der McGill University in Montreal. Vor sechs Jahren stieß der Mineraloge auf eine wissenschaftliche Veröffentlichung, in der die exotischen Minerale Stepanovit und Zhemchuzhnikovit grob beschrieben wurden. Sie bestehen aus den Metallen Natrium, Magnesium, Eisen und Aluminium sowie organischen Molekülgruppen. Daher vermutete Friščić eine verblüffende Ähnlichkeit mit künstlich hergestellten MOFs, in denen sich ebenfalls Metallatome und große organische Moleküle zu einem komplexen Netzwerk verbinden. Detaillierte Strukturanalysen mit Röntgenstrahlung bestätigten, dass die beiden natürlichen Minerale eine poröse Wabenstruktur mit vielen Hohlräumen genau wie künstliche MOFs aufwiesen.

„MOFs zählen zu den spannendsten Gebieten der modernen Chemie und sie können quasi als molekulare Schwämme angesehen werden“, sagt Friščić. So zeigten bereits einige Forschergruppen, dass MOFs effizient Wasserstoff einlagern und wieder abgeben konnten. Auch als Filtermaterial für die Abscheidung von Kohlendioxid wurden sie getestet. Und wegen ihrer porösen Struktur mit großen Oberflächen von bis zu 4500 Quadratmetern pro Gramm könnten MOFs auch als Katalysatoren interessant werden.

Bisher greifen die Materialforscher zu aufwendigen Verfahren, um MOF-Kristalle in heißen Lösungen zu züchten oder aus Dampfwolken abzuscheiden. Der Fund in der russischen Kohlemine – 230 Meter unter dem Permafrostboden Sibiriens – lässt Friščić nun hoffen, in der Natur noch weitere MOF-Kristalle zu finden. So sind größere Vorkommen nicht ausgeschlossen, aus denen MOF-Kristalle günstig abgebaut werden könnten.