Una svolta nella ricerca sui MOF: la conduttività elettrica rivoluzionata!

Una svolta nella ricerca sui MOF: la conduttività elettrica rivoluzionata!

I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), in collaborazione con partner provenienti da Germania e Brasile, hanno raggiunto uno sviluppo rivoluzionario nel campo dei composti a struttura metallo-organica (MOF). Questi materiali altamente porosi sono caratterizzati dalla loro struttura adattabile e finora hanno avuto solo un uso limitato in elettronica a causa della loro bassa conduttività elettrica. Rapporti KIT che il film sottile MOF di nuova concezione è ora in grado di condurre corrente elettrica così come un metallo.

I risultati di questa promettente ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Materials Horizons. Si tratta di un nuovo processo di produzione volto a ridurre i difetti nei MOF che spesso incidono sulle proprietà elettriche. Mentre studi precedenti attribuivano la causa della bassa conduttività alle interfacce tra i domini cristallini, il gruppo di ricerca è ora riuscito a minimizzare questi problemi. Utilizzando l'intelligenza artificiale e la sintesi robotica in un laboratorio autocontrollato, è stato ottimizzato il materiale MOF Cu3(HHTP)2. La conducibilità elettrica di questa sostanza supera i 200 Siemens per metro a temperatura ambiente, con valori ancora più elevati che vengono raggiunti a temperature più basse fino a -173,15 °C.

Struttura e proprietà di Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 non è importante solo per le sue proprietà elettriche ma ha anche una struttura impressionante. Secondo l'analisi, i parametri reticolari del materiale sono risultati essere a = b = 21,2 Å e c = 6,6 Å. Questa struttura del materiale è costituita da strati esagonali 2D impilati in una configurazione parallela sfalsata. La morfologia di Cu3(HHTP)2 assomiglia a bastoncini uniformi, il che è stato confermato dall'analisi FE-SEM. Questa struttura specifica fornisce un'elevata area superficiale, vantaggiosa per varie applicazioni nella catalisi e nella separazione dei materiali.

La conduttività elettrica del materiale sotto forma di polvere è 0,01 S cm−1 e 0,04 S cm−1 sotto forma di compositi elettrodici. Questo MOF si è dimostrato utile anche come materiale catodico per batterie ricaricabili allo zinco acquose, in cui sono state osservate reazioni reversibili di inserimento e rimozione di Zn2+. La natura descrive interessanti proprietà elettrochimiche, inclusa una capacità reversibile iniziale di 228 mAh g−1, che viene mantenuta per oltre 30 cicli di ricarica.

Applicazioni e prospettive future

La combinazione di sintesi automatizzata, caratterizzazione dei materiali e modellazione teorica apre nuove prospettive per l'uso dei MOF in elettronica. Le possibili applicazioni includono non solo sensori e materiali quantistici, ma anche materiali funzionali su misura che possono essere ottimizzati in modo specifico per diverse aree di applicazione. Il MOF Cu3(HHTP)2 mostra i coni di Dirac, che offrono nuove possibilità per studiare i fenomeni di trasporto in questi materiali.

L'unità fisica della conducibilità elettrica, misurata in Siemens per metro (S/m), conferma l'efficacia di questo materiale. Per approfondire la comprensione della conduttività elettrica, è importante sapere che i conduttori rappresentano tipicamente valori superiori a 10⁶ S/m. Un valore superiore a 200 S/m rende Cu3(HHTP)2 un candidato promettente per future applicazioni elettroniche. Sanier.de spiega, che gli elettroni liberi in un materiale sono cruciali per la conduttività elettrica, che potrebbe essere ottimizzata nei MOF attraverso i nuovi processi di produzione.