Průlom ve výzkumu MOF: Elektrická vodivost způsobila revoluci!

Průlom ve výzkumu MOF: Elektrická vodivost způsobila revoluci!

Vědci z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ve spolupráci s partnery z Německa a Brazílie dosáhli převratného vývoje v oblasti sloučenin kov-organické kostry (MOF). Tyto vysoce porézní materiály se vyznačují svou adaptabilní strukturou a v elektronice měly dosud pouze omezené použití kvůli své nízké elektrické vodivosti. Informuje o tom KIT že nově vyvinutý tenký film MOF je nyní schopen vést elektrický proud stejně jako kov.

Výsledky tohoto slibného výzkumu byly publikovány v časopise Materials Horizons. Jedná se o nový výrobní proces, který snižuje vady v MOF, které často ovlivňují elektrické vlastnosti. Zatímco předchozí studie obviňovaly rozhraní mezi krystalovými doménami za nízkou vodivost, výzkumný tým byl nyní schopen tyto problémy minimalizovat. Použitím AI a robotické syntézy v samostatně řízené laboratoři byl optimalizován MOF materiál Cu3(HHTP)2. Elektrická vodivost této látky přesahuje 200 Siemens na metr při pokojové teplotě, přičemž ještě vyšších hodnot je dosahováno při nižších teplotách až do -173,15 °C.

Struktura a vlastnosti Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 není důležitý pouze pro své elektrické vlastnosti, ale má také působivou strukturu. Podle analýzy byly mřížkové parametry materiálu určeny a = b = 21,2 Á a c = 6,6 Á. Tato struktura materiálu se skládá z 2D šestiúhelníkových vrstev naskládaných v offsetově paralelní konfiguraci. Morfologie Cu3(HHTP)2 připomíná jednotné tyčinky, což bylo potvrzeno analýzou FE-SEM. Tato specifická struktura poskytuje velký povrch, což je výhodné pro různé aplikace při katalýze a separaci materiálů.

Elektrická vodivost materiálu v práškové formě je 0,01 S cm−1 a 0,04 S cm−1 ve formě elektrodových kompozitů. Tento MOF se také ukázal jako užitečný jako katodový materiál pro vodné zinkové dobíjecí baterie, u kterých byly pozorovány reverzibilní reakce vkládání a vyjímání Zn2+. Příroda popisuje zajímavé elektrochemické vlastnosti, včetně počáteční reverzibilní kapacity 228 mAh g−1, která se udržuje po 30 nabíjecích cyklů.

Aplikace a vyhlídky do budoucna

Kombinace automatizované syntézy, materiálové charakterizace a teoretického modelování otevírá nové perspektivy pro použití MOF v elektronice. Možné aplikace zahrnují nejen senzory a kvantové materiály, ale také na míru šité funkční materiály, které lze specificky optimalizovat pro různé oblasti použití. MOF Cu3(HHTP)2 ukazuje kužely Dirac, které nabízí nové možnosti pro studium transportních jevů v těchto materiálech.

Fyzikální jednotka elektrické vodivosti, měřená v Siemens na metr (S/m), potvrzuje účinnost tohoto materiálu. Pro prohloubení porozumění elektrické vodivosti je důležité vědět, že vodiče obvykle představují hodnoty nad 10⁶ S/m. Hodnota přes 200 S/m dělá z Cu3(HHTP)2 slibného kandidáta pro budoucí elektronické aplikace. Sanier.de vysvětluje, že volné elektrony v materiálu jsou klíčové pro elektrickou vodivost, která by mohla být optimalizována v MOF prostřednictvím nových výrobních procesů.