Gennembrud i MOF-forskning: Elektrisk ledningsevne revolutioneret!

Gennembrud i MOF-forskning: Elektrisk ledningsevne revolutioneret!

Forskere ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har i samarbejde med partnere fra Tyskland og Brasilien opnået en banebrydende udvikling inden for metal-organiske rammeforbindelser (MOF'er). Disse meget porøse materialer er karakteriseret ved deres tilpasningsdygtige struktur og har indtil videre kun haft begrænset anvendelse i elektronik på grund af deres lave elektriske ledningsevne. KIT rapporterer at den nyudviklede MOF tyndfilm nu er i stand til at lede elektrisk strøm såvel som et metal.

Resultaterne af denne lovende forskning er blevet offentliggjort i tidsskriftet Materials Horizons. Det er en ny fremstillingsproces for at reducere defekter i MOF'er, der ofte påvirker elektriske egenskaber. Mens tidligere undersøgelser beskyldte grænseflader mellem krystaldomæner for den lave ledningsevne, har forskerholdet nu været i stand til at minimere disse problemer. Ved at bruge AI og robotsyntese i et selvkontrolleret laboratorium blev MOF-materialet Cu3(HHTP)2 optimeret. Den elektriske ledningsevne af dette stof overstiger 200 Siemens pr. meter ved stuetemperatur, hvor endnu højere værdier nås ved lavere temperaturer ned til -173,15 °C.

Struktur og egenskaber af Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 er ikke kun vigtig for sine elektriske egenskaber, men har også en imponerende struktur. Ifølge analyse blev gitterparametrene for materialet bestemt til at være a = b = 21,2 Å og c = 6,6 Å. Denne materialestruktur består af 2D sekskantede lag stablet i en forskudt parallel konfiguration. Morfologien af ​​Cu3(HHTP)2 ligner ensartede stænger, hvilket blev bekræftet ved FE-SEM-analyse. Denne specifikke struktur giver et stort overfladeareal, hvilket er gavnligt til forskellige anvendelser inden for katalyse og materialeseparering.

Den elektriske ledningsevne af materialet i pulverform er 0,01 S cm−1 og 0,04 S cm−1 i form af elektrodekompositter. Denne MOF har også vist sig nyttig som katodemateriale til vandige genopladelige zinkbatterier, hvor der er observeret reversible Zn2+ indsætnings- og fjernelsesreaktioner. Naturen beskriver interessante elektrokemiske egenskaber, herunder en initial reversibel kapacitet på 228 mAh g−1, som opretholdes over 30 opladningscyklusser.

Ansøgninger og fremtidsudsigter

Kombinationen af ​​automatiseret syntese, materialekarakterisering og teoretisk modellering åbner nye perspektiver for brugen af ​​MOF'er i elektronik. Mulige anvendelser omfatter ikke kun sensorer og kvantematerialer, men også skræddersyede funktionelle materialer, der kan optimeres specifikt til forskellige anvendelsesområder. MOF Cu3(HHTP)2 viser Dirac-kegler, som giver nye muligheder for at studere transportfænomener i disse materialer.

Den fysiske enhed for elektrisk ledningsevne, målt i Siemens pr. meter (S/m), bekræfter effektiviteten af ​​dette materiale. For at uddybe forståelsen af ​​elektrisk ledningsevne er det vigtigt at vide, at ledere typisk repræsenterer værdier over 10⁶ S/m. En værdi på over 200 S/m gør Cu3(HHTP)2 til en lovende kandidat til fremtidige elektroniske ansøgninger. Sanier.de forklarer, at frie elektroner i et materiale er afgørende for den elektriske ledningsevne, som kunne optimeres i MOF'er gennem de nye fremstillingsprocesser.