Revoluție în cercetarea MOF: Conductivitatea electrică a revoluționat!

Revoluție în cercetarea MOF: Conductivitatea electrică a revoluționat!

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie Karlsruhe (KIT), în cooperare cu parteneri din Germania și Brazilia, au realizat o dezvoltare revoluționară în domeniul compușilor cadru metalo-organic (MOF). Aceste materiale extrem de poroase se caracterizează prin structura lor adaptabilă și au avut până acum doar o utilizare limitată în electronică din cauza conductibilității electrice scăzute. Rapoartele KIT că filmul subțire MOF nou dezvoltat este acum capabil să conducă curentul electric, precum și un metal.

Rezultatele acestei cercetări promițătoare au fost publicate în revista Materials Horizons. Este un nou proces de fabricație pentru a reduce defectele MOF-urilor care afectează adesea proprietățile electrice. În timp ce studiile anterioare au dat vina pe interfețele dintre domeniile de cristal pentru conductivitate scăzută, echipa de cercetare a reușit acum să minimizeze aceste probleme. Prin utilizarea AI și a sintezei robotizate într-un laborator autocontrolat, materialul MOF Cu3(HHTP)2 a fost optimizat. Conductivitatea electrică a acestei substanțe depășește 200 Siemens pe metru la temperatura camerei, valori și mai mari fiind atinse la temperaturi mai scăzute până la -173,15 °C.

Structura și proprietățile Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 nu este important doar pentru proprietățile sale electrice, ci are și o structură impresionantă. Conform analizei, parametrii rețelei ai materialului au fost determinați ca fiind a = b = 21,2 Å și c = 6,6 Å. Această structură de material constă din straturi hexagonale 2D stivuite într-o configurație paralelă decalată. Morfologia Cu3(HHTP)2 seamănă cu tijele uniforme, ceea ce a fost confirmat prin analiza FE-SEM. Această structură specifică oferă o suprafață mare, care este benefică pentru diverse aplicații în cataliză și separarea materialelor.

Conductivitatea electrică a materialului sub formă de pulbere este de 0,01 S cm−1 și 0,04 S cm−1 sub formă de compozite cu electrozi. Acest MOF sa dovedit, de asemenea, util ca material catodic pentru bateriile reîncărcabile cu zinc apos, în care s-au observat reacții reversibile de inserare și îndepărtare a Zn2+. Natura descrie proprietăți electrochimice interesante, inclusiv o capacitate reversibilă inițială de 228 mAh g−1, care se menține peste 30 de cicluri de încărcare.

Aplicații și perspective de viitor

Combinația dintre sinteza automată, caracterizarea materialelor și modelarea teoretică deschide noi perspective pentru utilizarea MOF-urilor în electronică. Aplicațiile posibile includ nu numai senzori și materiale cuantice, ci și materiale funcționale personalizate care pot fi optimizate special pentru diferite domenii de aplicare. MOF Cu3(HHTP)2 prezintă conuri Dirac, care oferă noi posibilități pentru studierea fenomenelor de transport în aceste materiale.

Unitatea fizică a conductivității electrice, măsurată în Siemens pe metru (S/m), confirmă eficiența acestui material. Pentru a aprofunda înțelegerea conductivității electrice, este important de știut că conductorii reprezintă de obicei valori de peste 10⁶ S/m. O valoare de peste 200 S/m face din Cu3(HHTP)2 un candidat promițător pentru viitoare aplicații electronice. explică Sanier.de, că electronii liberi dintr-un material sunt cruciali pentru conductivitatea electrică, care ar putea fi optimizată în MOF-uri prin noile procese de fabricație.