Preboj v raziskavah MOF: električna prevodnost je revolucionarna!

Preboj v raziskavah MOF: električna prevodnost je revolucionarna!

Raziskovalci na Tehnološkem inštitutu Karlsruhe (KIT) so v sodelovanju s partnerji iz Nemčije in Brazilije dosegli prelomen razvoj na področju kovinsko-organskih okvirnih spojin (MOF). Za te zelo porozne materiale je značilna njihova prilagodljiva struktura in so bili zaradi svoje nizke električne prevodnosti doslej le omejeno uporabljeni v elektroniki. KIT poroča da je na novo razvit tanek film MOF zdaj sposoben prevajati električni tok tako dobro kot kovina.

Rezultati te obetavne raziskave so bili objavljeni v reviji Materials Horizons. Gre za nov proizvodni postopek za zmanjšanje napak v MOF, ki pogosto vplivajo na električne lastnosti. Medtem ko so prejšnje študije za nizko prevodnost krivile vmesnike med kristalnimi domenami, je raziskovalna skupina zdaj te težave lahko zmanjšala. Z uporabo AI in robotske sinteze v samokontroliranem laboratoriju je bil MOF material Cu3(HHTP)2 optimiziran. Električna prevodnost te snovi presega 200 Siemensov na meter pri sobni temperaturi, še višje vrednosti pa so dosežene pri nižjih temperaturah do -173,15 °C.

Zgradba in lastnosti Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 ni pomemben le zaradi svojih električnih lastnosti, ampak ima tudi impresivno strukturo. Glede na analizo so bili parametri rešetke materiala določeni na a = b = 21,2 Å in c = 6,6 Å. Ta materialna struktura je sestavljena iz 2D heksagonalnih plasti, zloženih v zamaknjeni vzporedni konfiguraciji. Morfologija Cu3(HHTP)2 je podobna enotnim palicam, kar je potrdila analiza FE-SEM. Ta specifična struktura zagotavlja veliko površino, kar je koristno za različne aplikacije pri katalizi in ločevanju materialov.

Električna prevodnost materiala v obliki prahu je 0,01 S cm−1 in 0,04 S cm−1 v obliki elektrodnih kompozitov. Ta MOF se je izkazal tudi za uporabnega kot katodni material za vodne cinkove akumulatorske baterije, pri katerih so opazili reverzibilne reakcije vstavljanja in odstranjevanja Zn2+. Narava opisuje zanimive elektrokemijske lastnosti, vključno z začetno reverzibilno kapaciteto 228 mAh g-1, ki se vzdržuje v 30 ciklih polnjenja.

Prijave in prihodnji obeti

Kombinacija avtomatizirane sinteze, karakterizacije materialov in teoretičnega modeliranja odpira nove perspektive za uporabo MOF v elektroniki. Možne aplikacije ne vključujejo samo senzorjev in kvantnih materialov, temveč tudi prilagojene funkcionalne materiale, ki jih je mogoče posebej optimizirati za različna področja uporabe. MOF Cu3(HHTP)2 prikazuje Diracove stožce, ki ponujajo nove možnosti za preučevanje transportnih pojavov v teh materialih.

Fizikalna enota električne prevodnosti, merjena v Siemensih na meter (S/m), potrjuje učinkovitost tega materiala. Za poglobitev razumevanja električne prevodnosti je pomembno vedeti, da vodniki običajno predstavljajo vrednosti nad 10⁶ S/m. Zaradi vrednosti nad 200 S/m je Cu3(HHTP)2 obetaven kandidat za prihodnje elektronske aplikacije. Sanier.de pojasnjuje, da so prosti elektroni v materialu ključni za električno prevodnost, ki bi jo lahko optimizirali v MOF z novimi proizvodnimi procesi.