Gjennombrudd i MOF-forskning: Elektrisk ledningsevne revolusjonert!

Gjennombrudd i MOF-forskning: Elektrisk ledningsevne revolusjonert!

Forskere ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har i samarbeid med partnere fra Tyskland og Brasil oppnådd en banebrytende utvikling innen feltet metall-organiske rammeforbindelser (MOFs). Disse svært porøse materialene er preget av sin tilpasningsdyktige struktur og har så langt kun hatt begrenset bruk i elektronikk på grunn av deres lave elektriske ledningsevne. Det melder KIT at den nyutviklede MOF tynnfilmen nå er i stand til å lede elektrisk strøm så vel som et metall.

Resultatene av denne lovende forskningen er publisert i tidsskriftet Materials Horizons. Det er en ny produksjonsprosess for å redusere defekter i MOF-er som ofte påvirker elektriske egenskaper. Mens tidligere studier beskyldte grensesnitt mellom krystalldomener for den lave ledningsevnen, har forskerteamet nå vært i stand til å minimere disse problemene. Ved å bruke AI og robotsyntese i et selvkontrollert laboratorium, ble MOF-materialet Cu3(HHTP)2 optimalisert. Den elektriske ledningsevnen til dette stoffet overstiger 200 Siemens per meter ved romtemperatur, med enda høyere verdier som nås ved lavere temperaturer ned til -173,15 °C.

Struktur og egenskaper til Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 er ikke bare viktig for sine elektriske egenskaper, men har også en imponerende struktur. I henhold til analyse ble gitterparametrene til materialet bestemt til å være a = b = 21,2 Å og c = 6,6 Å. Denne materialstrukturen består av 2D sekskantede lag stablet i en offset parallell konfigurasjon. Morfologien til Cu3(HHTP)2 ligner ensartede stenger, noe som ble bekreftet av FE-SEM-analyse. Denne spesifikke strukturen gir et stort overflateareal, som er fordelaktig for ulike bruksområder innen katalyse og materialseparasjon.

Den elektriske ledningsevnen til materialet i pulverform er 0,01 S cm−1 og 0,04 S cm−1 i form av elektrodekompositter. Denne MOF-en har også vist seg nyttig som et katodemateriale for vandige sink-oppladbare batterier, der reversible Zn2+-innsettings- og fjerningsreaksjoner er observert. Naturen beskriver interessante elektrokjemiske egenskaper, inkludert en initial reversibel kapasitet på 228 mAh g−1, som opprettholdes over 30 ladesykluser.

Søknader og fremtidsutsikter

Kombinasjonen av automatisert syntese, materialkarakterisering og teoretisk modellering åpner nye perspektiver for bruk av MOF-er i elektronikk. Mulige bruksområder inkluderer ikke bare sensorer og kvantematerialer, men også skreddersydde funksjonelle materialer som kan spesifikt optimaliseres for ulike bruksområder. MOF Cu3(HHTP)2 viser Dirac-kjegler, som gir nye muligheter for å studere transportfenomener i disse materialene.

Den fysiske enheten for elektrisk ledningsevne, målt i Siemens per meter (S/m), bekrefter effektiviteten til dette materialet. For å utdype forståelsen av elektrisk ledningsevne er det viktig å vite at ledere typisk representerer verdier over 10⁶ S/m. En verdi på over 200 S/m gjør Cu3(HHTP)2 til en lovende kandidat for fremtidige elektroniske søknader. Sanier.de forklarer, at frie elektroner i et materiale er avgjørende for den elektriske ledningsevnen, som kan optimaliseres i MOF-er gjennom de nye produksjonsprosessene.