Doorbraak in MOF-onderzoek: revolutie in elektrische geleidbaarheid!

Doorbraak in MOF-onderzoek: revolutie in elektrische geleidbaarheid!

Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben, in samenwerking met partners uit Duitsland en Brazilië, een baanbrekende ontwikkeling bereikt op het gebied van metaal-organische raamwerkverbindingen (MOF's). Deze zeer poreuze materialen worden gekenmerkt door hun aanpasbare structuur en zijn tot nu toe slechts beperkt toegepast in de elektronica vanwege hun lage elektrische geleidbaarheid. KIT meldt dat de nieuw ontwikkelde dunne film van MOF nu zowel elektrische stroom als een metaal kan geleiden.

De resultaten van dit veelbelovende onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Materials Horizons. Het is een nieuw productieproces om defecten in MOF's te verminderen die vaak de elektrische eigenschappen beïnvloeden. Terwijl eerdere studies de interfaces tussen kristaldomeinen de schuld gaven van de lage geleidbaarheid, is het onderzoeksteam er nu in geslaagd deze problemen te minimaliseren. Door gebruik te maken van AI en robotsynthese in een zelfgestuurd laboratorium werd het MOF-materiaal Cu3(HHTP)2 geoptimaliseerd. De elektrische geleidbaarheid van deze stof overschrijdt 200 Siemens per meter bij kamertemperatuur, waarbij zelfs hogere waarden worden bereikt bij lagere temperaturen tot -173,15 °C.

Structuur en eigenschappen van Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 is niet alleen belangrijk vanwege zijn elektrische eigenschappen, maar heeft ook een indrukwekkende structuur. Volgens analyse werden de roosterparameters van het materiaal bepaald als a = b = 21,2 Å en c = 6,6 Å. Deze materiaalstructuur bestaat uit zeshoekige 2D-lagen die in een parallelle configuratie zijn gestapeld. De morfologie van Cu3(HHTP)2 lijkt op uniforme staafjes, wat werd bevestigd door FE-SEM-analyse. Deze specifieke structuur zorgt voor een groot oppervlak, wat gunstig is voor diverse toepassingen in de katalyse en materiaalscheiding.

De elektrische geleidbaarheid van het materiaal in poedervorm bedraagt ​​0,01 S cm−1 en 0,04 S cm−1 in de vorm van elektrodecomposieten. Deze MOF is ook nuttig gebleken als kathodemateriaal voor oplaadbare zinkbatterijen op waterbasis, waarbij omkeerbare Zn2+ inbreng- en verwijderingsreacties zijn waargenomen. De natuur beschrijft interessante elektrochemische eigenschappen, waaronder een initiële omkeerbare capaciteit van 228 mAh g−1, die gedurende 30 oplaadcycli behouden blijft.

Toepassingen en toekomstperspectieven

De combinatie van geautomatiseerde synthese, materiaalkarakterisering en theoretische modellering opent nieuwe perspectieven voor het gebruik van MOF's in de elektronica. Mogelijke toepassingen zijn niet alleen sensoren en quantummaterialen, maar ook op maat gemaakte functionele materialen die specifiek kunnen worden geoptimaliseerd voor verschillende toepassingsgebieden. De MOF Cu3(HHTP)2 toont Dirac-kegels, wat nieuwe mogelijkheden biedt voor het bestuderen van transportfenomenen in deze materialen.

De fysieke eenheid van elektrische geleidbaarheid, gemeten in Siemens per meter (S/m), bevestigt de efficiëntie van dit materiaal. Om het begrip van elektrische geleidbaarheid te verdiepen, is het belangrijk om te weten dat geleiders doorgaans waarden vertegenwoordigen van meer dan 10⁶ S/m. Een waarde van meer dan 200 S/m maakt Cu3(HHTP)2 een veelbelovende kandidaat voor toekomstige elektronische toepassingen. Sanier.de legt het uit, dat vrije elektronen in een materiaal cruciaal zijn voor de elektrische geleidbaarheid, die door de nieuwe productieprocessen in MOF's zou kunnen worden geoptimaliseerd.