Izrāviens MOF pētniecībā: elektrovadītspēja ir radījusi revolūciju!

Izrāviens MOF pētniecībā: elektrovadītspēja ir radījusi revolūciju!

Karlsrūes Tehnoloģiju institūta (KIT) pētnieki sadarbībā ar partneriem no Vācijas un Brazīlijas ir panākuši revolucionāru attīstību metālorganisko karkasa savienojumu (MOF) jomā. Šos ļoti porainos materiālus raksturo to pielāgojamā struktūra, un to zemās elektriskās vadītspējas dēļ elektronikā tie līdz šim ir bijuši tikai ierobežoti. KIT ziņo ka jaunizveidotā MOF plānā plēve tagad spēj vadīt elektrisko strāvu tikpat labi kā metāls.

Šī daudzsološā pētījuma rezultāti ir publicēti žurnālā Materials Horizons. Tas ir jauns ražošanas process, lai samazinātu defektus MOF, kas bieži ietekmē elektriskās īpašības. Lai gan iepriekšējos pētījumos zemās vadītspējas dēļ vainoja saskarnes starp kristāla domēniem, pētnieku komanda tagad ir spējusi samazināt šīs problēmas. Izmantojot AI un robotizētu sintēzi paškontrolētā laboratorijā, tika optimizēts MOF materiāls Cu3 (HHTP) 2. Šīs vielas elektriskā vadītspēja pārsniedz 200 Siemens uz metru istabas temperatūrā, vēl augstākas vērtības tiek sasniegtas zemākā temperatūrā līdz -173,15 °C.

Cu3(HHTP)2 struktūra un īpašības

C3(HHTP)2 ir svarīgs ne tikai tā elektrisko īpašību dēļ, bet arī iespaidīga struktūra. Saskaņā ar analīzi tika noteikti materiāla režģa parametri a = b = 21,2 Å un c = 6,6 Å. Šī materiāla struktūra sastāv no 2D sešstūra slāņiem, kas sakrauti paralēlā konfigurācijā. Cu3(HHTP)2 morfoloģija atgādina vienotus stieņus, ko apstiprināja FE-SEM analīze. Šī īpašā struktūra nodrošina lielu virsmas laukumu, kas ir izdevīga dažādiem pielietojumiem katalīzē un materiālu atdalīšanai.

Materiāla elektrovadītspēja pulvera veidā ir 0,01 S cm−1 un 0,04 S cm−1 elektrodu kompozītmateriālu veidā. Šis MOF ir izrādījies noderīgs arī kā katoda materiāls ūdens cinka atkārtoti uzlādējamām baterijām, kurās ir novērotas atgriezeniskas Zn2+ ievietošanas un noņemšanas reakcijas. Daba apraksta interesantas elektroķīmiskās īpašības, tostarp sākotnējā atgriezeniskā jauda 228 mAh g-1, kas tiek uzturēta 30 uzlādes ciklos.

Pieteikumi un nākotnes perspektīvas

Automatizētās sintēzes, materiālu raksturojuma un teorētiskās modelēšanas kombinācija paver jaunas perspektīvas MOF izmantošanai elektronikā. Iespējamie pielietojumi ietver ne tikai sensorus un kvantu materiālus, bet arī īpaši pielāgotus funkcionālus materiālus, kurus var īpaši optimizēt dažādām pielietojuma jomām. MOF Cu3(HHTP)2 parāda Diraka konusi, kas piedāvā jaunas iespējas pētīt transporta parādības šajos materiālos.

Elektriskās vadītspējas fiziskā vienība, ko mēra Siemens uz metru (S/m), apstiprina šī materiāla efektivitāti. Lai padziļinātu izpratni par elektrisko vadītspēju, ir svarīgi zināt, ka vadītāji parasti pārstāv vērtības, kas pārsniedz 10⁶ S/m. Vērtība, kas pārsniedz 200 S/m, padara Cu3(HHTP)2 par daudzsološu kandidātu turpmākām elektroniskām lietojumprogrammām. Sanier.de skaidro, ka brīvie elektroni materiālā ir ļoti svarīgi elektrovadītspējai, ko varētu optimizēt MOF, izmantojot jaunos ražošanas procesus.