Percée dans la recherche MOF : la conductivité électrique révolutionnée !

Percée dans la recherche MOF : la conductivité électrique révolutionnée !

Des chercheurs de l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT), en coopération avec des partenaires allemands et brésiliens, ont réalisé un développement révolutionnaire dans le domaine des composés à structure métallo-organique (MOF). Ces matériaux hautement poreux se caractérisent par leur structure adaptable et n'ont jusqu'à présent eu qu'une utilisation limitée en électronique en raison de leur faible conductivité électrique. Rapports KIT que le film mince MOF nouvellement développé est désormais capable de conduire le courant électrique ainsi qu'un métal.

Les résultats de cette recherche prometteuse ont été publiés dans la revue Materials Horizons. Il s'agit d'un nouveau processus de fabrication visant à réduire les défauts des MOF qui affectent souvent les propriétés électriques. Alors que des études antérieures imputaient la faible conductivité aux interfaces entre les domaines cristallins, l’équipe de recherche a désormais pu minimiser ces problèmes. En utilisant l’IA et la synthèse robotique dans un laboratoire auto-contrôlé, le matériau MOF Cu3(HHTP)2 a été optimisé. La conductivité électrique de cette substance dépasse 200 Siemens par mètre à température ambiante, des valeurs encore plus élevées étant atteintes à des températures plus basses jusqu'à -173,15 °C.

Structure et propriétés du Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 est non seulement important pour ses propriétés électriques, mais possède également une structure impressionnante. Selon l'analyse, les paramètres de réseau du matériau ont été déterminés comme étant a = b = 21,2 Å et c = 6,6 Å. Cette structure matérielle est constituée de couches hexagonales 2D empilées dans une configuration parallèle décalée. La morphologie de Cu3(HHTP)2 ressemble à des bâtonnets uniformes, ce qui a été confirmé par analyse FE-SEM. Cette structure spécifique offre une surface spécifique élevée, ce qui est bénéfique pour diverses applications en catalyse et en séparation de matériaux.

La conductivité électrique du matériau sous forme de poudre est de 0,01 S cm-1 et de 0,04 S cm-1 sous forme de composites d'électrodes. Ce MOF s'est également révélé utile comme matériau de cathode pour les batteries rechargeables au zinc aqueux, dans lesquelles des réactions réversibles d'insertion et de retrait de Zn2+ ont été observées. La nature décrit des propriétés électrochimiques intéressantes, dont une capacité initiale réversible de 228 mAh g−1, qui se maintient sur 30 cycles de charge.

Applications et perspectives d’avenir

La combinaison de la synthèse automatisée, de la caractérisation des matériaux et de la modélisation théorique ouvre de nouvelles perspectives pour l'utilisation des MOF en électronique. Les applications possibles incluent non seulement les capteurs et les matériaux quantiques, mais également les matériaux fonctionnels sur mesure qui peuvent être spécifiquement optimisés pour différents domaines d'application. Le MOF Cu3(HHTP)2 présente des cônes de Dirac, ce qui offre de nouvelles possibilités pour étudier les phénomènes de transport dans ces matériaux.

L'unité physique de conductivité électrique, mesurée en Siemens par mètre (S/m), confirme l'efficacité de ce matériau. Pour approfondir la compréhension de la conductivité électrique, il est important de savoir que les conducteurs représentent généralement des valeurs supérieures à 10⁶ S/m. Une valeur supérieure à 200 S/m fait du Cu3(HHTP)2 un candidat prometteur pour de futures applications électroniques. Sanier.de explique, que les électrons libres dans un matériau sont cruciaux pour la conductivité électrique, qui pourrait être optimisée dans les MOF grâce aux nouveaux processus de fabrication.