Genombrott i MOF-forskning: Elektrisk ledningsförmåga revolutionerade!

Genombrott i MOF-forskning: Elektrisk ledningsförmåga revolutionerade!

Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har i samarbete med partners från Tyskland och Brasilien uppnått en banbrytande utveckling inom området metallorganiska ramverksföreningar (MOFs). Dessa mycket porösa material kännetecknas av sin anpassningsbara struktur och har hittills endast haft begränsad användning inom elektronik på grund av sin låga elektriska ledningsförmåga. KIT rapporterar att den nyutvecklade MOF-tunnfilmen nu kan leda elektrisk ström såväl som en metall.

Resultaten av denna lovande forskning har publicerats i tidskriften Materials Horizons. Det är en ny tillverkningsprocess för att minska defekter i MOF som ofta påverkar elektriska egenskaper. Medan tidigare studier skyllde på gränssnitt mellan kristalldomäner för den låga konduktiviteten, har forskargruppen nu kunnat minimera dessa problem. Genom att använda AI och robotsyntes i ett självkontrollerat laboratorium optimerades MOF-materialet Cu3(HHTP)2. Den elektriska ledningsförmågan för detta ämne överstiger 200 Siemens per meter vid rumstemperatur, med ännu högre värden som uppnås vid lägre temperaturer ner till -173,15 °C.

Struktur och egenskaper hos Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 är inte bara viktig för sina elektriska egenskaper utan har också en imponerande struktur. Enligt analys bestämdes gitterparametrarna för materialet till a = b = 21,2 Å och c = 6,6 Å. Denna materialstruktur består av 2D hexagonala lager staplade i en förskjuten parallell konfiguration. Morfologin för Cu3(HHTP)2 liknar enhetliga stavar, vilket bekräftades av FE-SEM-analys. Denna specifika struktur ger en stor ytarea, vilket är fördelaktigt för olika tillämpningar inom katalys och materialseparering.

Den elektriska ledningsförmågan för materialet i pulverform är 0,01 S cm−1 och 0,04 S cm−1 i form av elektrodkompositer. Denna MOF har också visat sig användbar som katodmaterial för uppladdningsbara vattenhaltiga zinkbatterier, där reversibla Zn2+-insättnings- och borttagningsreaktioner har observerats. Naturen beskriver intressanta elektrokemiska egenskaper, inklusive en initial reversibel kapacitet på 228 mAh g−1, som upprätthålls under 30 laddningscykler.

Ansökningar och framtidsutsikter

Kombinationen av automatiserad syntes, materialkaraktärisering och teoretisk modellering öppnar nya perspektiv för användningen av MOF i elektronik. Möjliga applikationer inkluderar inte bara sensorer och kvantmaterial, utan även skräddarsydda funktionsmaterial som kan optimeras specifikt för olika användningsområden. MOF Cu3(HHTP)2 visar Dirac-koner, vilket ger nya möjligheter att studera transportfenomen i dessa material.

Den fysiska enheten för elektrisk ledningsförmåga, mätt i Siemens per meter (S/m), bekräftar effektiviteten hos detta material. För att fördjupa förståelsen av elektrisk ledningsförmåga är det viktigt att veta att ledare vanligtvis representerar värden över 10⁶ S/m. Ett värde på över 200 S/m gör Cu3(HHTP)2 till en lovande kandidat för framtida elektroniska ansökningar. Sanier.de förklarar, att fria elektroner i ett material är avgörande för den elektriska ledningsförmågan, vilket skulle kunna optimeras i MOF genom de nya tillverkningsprocesserna.