Transport in nanoporous materials including MOFs : the applicability of Fick’s laws

Die Diffusion in nanoporösen Wirt-Gast-Systemen wird oft als viel zu kompliziert angesehen, als dass sie mit so “einfachen” Beziehungen wie dem ersten und zweiten Fickschen Gesetz vereinbar sein könnte. Wir zeigen nun, dass die mikroskopischen Diffusionsmesstechniken, vor allem die NMR-Spektroskopie mit gepulsten Feldgradienten (PFG) und die Mikrobildgebung mittels Interferenzmikroskopie (IFM) und IR-Mikroskopie (IRM), den direkten experimentellen Nachweis für die Anwendbarkeit der Fickschen Gesetze auf solche Systeme liefern. Dies gilt oft auch dann noch, wenn die zugrundeliegenden Transportmechanismen komplex sind. Die Grenzen des Diffusionsmodells werden unter Bezugnahme auf die umfangreiche Literatur diskutiert.Diffusion in nanoporous host-guest systems is often considered to be too complicated to comply with such “simple” relations as Fick’s first and second laws of diffusion. However, we show here that the microscopic techniques of diffusion measurement, notably the pulsed field gradient (PFG) technique of NMR and micro-imaging by interference microscopy (IFM) and IR microscopy (IRM), provide direct experimental evidence of the applicability of Fick’s laws to such systems. This remains true in many situations, even when the detailed mechanism is complex. The limitations of the diffusion model are also discussed with reference to the extensive literature of this subject.German Science Foundation (DFG), Fonds der Chemischen Industrie and Alexander von Humboldt Foundatio