Einen Kristall, der Gase in seinem Inneren bindet und sie wieder abgibt, ohne sich bei all dem zu verändern, haben Chemiker von der University of North Carolina in Chapel Hill hergestellt. Das Material besteht aus einer Komplexverbindung des Iridiums, in der das Metall auf einer Seite von einem phosphorhaltigen organischen Molekül umschlossen ist und auf der anderen Seite ein einzelnes Stickstoffmolekül bindet. Dieses kann durch kleine Gasmoleküle wie Sauerstoff oder Kohlenmonoxid ersetzt werden, ohne dass der Kristall dadurch seine Struktur verändert.

Möglich machen das Kanäle in der Struktur des Materials. Diese Zwischenräume im Kristallgitter sind gerade groß genug, um die kleinsten Moleküle durchzulassen. So wirkt der Kristall als Molekularsieb – er lässt zum Beispiel das Molekül Ethen passieren, der nächstgrößere Kohlenwasserstoff Propen muss dagegen draußen bleiben. Die iridiumhaltigen Moleküle sind um diese Poren herum gestapelt, so dass die an das Metall gebundenen Gasmoleküle in die Kanäle der Struktur hineinragen und leicht ausgetauscht werden können.

Das führt zu interessanten Effekten. So verfärbt sich der hellrote Kristall in Gegenwart von Kohlenmonoxid binnen weniger Sekunden orange, während Ammoniak und Ethen ihn schnell tiefrot färben. An der Luft wechselt das Material seine Farbe über einen Zeitraum von zwölf Stunden zu Grün, wobei es Sauerstoff aufnimmt – in allen Fällen bleibt die Struktur des Kristalls, anders als man bei einer chemischen Reaktion erwarten würde, erhalten. Obwohl die Gase bereitwillig gegeneinander ausgetauscht werden, lassen sie sich durch ein Vakuum nicht aus dem Material herausziehen, wie die Forscher feststellten. Die Moleküle sind fest an die Struktur gebunden und lösen sich von ihr nur durch eine chemische Reaktion.

Wie die Forscher um den Chemiker Maurice Brookhart feststellten, kann das neue Material noch mehr – an den Metallatomen in den Kanälen können chemische Reaktion stattfinden. Der Kohlenwasserstoff Ethen reagiert dort mit Wasserstoff zum Ethan, größere Moleküle dagegen, die in die Poren nicht eindringen können, werden nur zu einem sehr geringen Anteil umgesetzt. Das von den Chemikern hergestellte Material ist der erste bekannte Kristall mit derartigen Eigenschaften und soll als Vorbild für eine neue Klasse funktionaler Materialien dienen. (lf)