Prelom vo výskume MOF: Elektrická vodivosť priniesla revolúciu!

Prelom vo výskume MOF: Elektrická vodivosť priniesla revolúciu!

Výskumníci z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) v spolupráci s partnermi z Nemecka a Brazílie dosiahli prelomový vývoj v oblasti kovovo-organických rámcových zlúčenín (MOF). Tieto vysoko porézne materiály sú charakteristické svojou prispôsobivou štruktúrou a v elektronike mali doteraz len obmedzené využitie kvôli svojej nízkej elektrickej vodivosti. Informuje o tom KIT že novovyvinutý tenký film MOF je teraz schopný viesť elektrický prúd rovnako ako kov.

Výsledky tohto sľubného výskumu boli publikované v časopise Materials Horizons. Ide o nový výrobný proces na zníženie defektov v MOF, ktoré často ovplyvňujú elektrické vlastnosti. Zatiaľ čo predchádzajúce štúdie obviňovali rozhrania medzi kryštálovými doménami za nízku vodivosť, výskumný tím bol teraz schopný tieto problémy minimalizovať. Použitím AI a robotickej syntézy v samokontrolovanom laboratóriu bol optimalizovaný MOF materiál Cu3(HHTP)2. Elektrická vodivosť tejto látky presahuje 200 Siemens na meter pri izbovej teplote, pričom ešte vyššie hodnoty dosahujú pri nižších teplotách až do -173,15 °C.

Štruktúra a vlastnosti Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 nie je dôležitý len pre svoje elektrické vlastnosti, ale má aj pôsobivú štruktúru. Podľa analýzy boli mriežkové parametre materiálu určené a = b = 21,2 Á a c = 6,6 Á. Táto štruktúra materiálu pozostáva z 2D šesťuholníkových vrstiev naskladaných v posunutej paralelnej konfigurácii. Morfológia Cu3(HHTP)2 sa podobá jednotným tyčinkám, čo bolo potvrdené analýzou FE-SEM. Táto špecifická štruktúra poskytuje veľkú plochu povrchu, čo je výhodné pre rôzne aplikácie pri katalýze a separácii materiálov.

Elektrická vodivosť materiálu v práškovej forme je 0,01 S cm-1 a 0,04 S cm-1 vo forme elektródových kompozitov. Tento MOF sa tiež ukázal ako užitočný ako katódový materiál pre vodné zinkové dobíjacie batérie, v ktorých boli pozorované reverzibilné reakcie vkladania a vyberania Zn2+. Príroda opisuje zaujímavé elektrochemické vlastnosti, vrátane počiatočnej reverzibilnej kapacity 228 mAh g-1, ktorá sa udržiava počas 30 nabíjacích cyklov.

Aplikácie a vyhliadky do budúcnosti

Kombinácia automatizovanej syntézy, charakterizácie materiálov a teoretického modelovania otvára nové perspektívy pre využitie MOF v elektronike. Možné aplikácie zahŕňajú nielen senzory a kvantové materiály, ale aj na mieru šité funkčné materiály, ktoré možno špecificky optimalizovať pre rôzne oblasti použitia. MOF Cu3(HHTP)2 zobrazuje kužele Dirac, ktoré ponúkajú nové možnosti na štúdium transportných javov v týchto materiáloch.

Fyzikálna jednotka elektrickej vodivosti, meraná v Siemens na meter (S/m), potvrdzuje účinnosť tohto materiálu. Na prehĺbenie pochopenia elektrickej vodivosti je dôležité vedieť, že vodiče zvyčajne predstavujú hodnoty nad 10⁶ S/m. Hodnota nad 200 S/m robí z Cu3(HHTP)2 sľubného kandidáta pre budúce elektronické aplikácie. Sanier.de vysvetľuje, že voľné elektróny v materiáli sú rozhodujúce pre elektrickú vodivosť, ktorá by mohla byť optimalizovaná v MOF prostredníctvom nových výrobných procesov.