Figur 1. Kemisk struktur för jod-dopad Ni (II) tetraaza [14] annulen-länkad MOF (NiTAA-MOF). Medan NiTAA-MOF är en isolator, den oxiderade molekylen förvärvar elektrisk konduktivitet och paramagnetism. Kredit:Institute for Basic Science
Kemister vid Centrum för flerdimensionella kolmaterial (CMCM), inom Institute for Basic Science (IBS, Sydkorea), har rapporterat syntesen av en ny typ av 2-D metalliskt organiskt ramverk (MOF) med intressant elektrisk konduktivitet och magnetiska egenskaper. Publicerad i Journal of the American Chemical Society , detta nya material kan eventuellt bidra till optoelektronik, solceller, (foto) elektrokatalys, och energilagring.
Även känd som svampliknande eller schweiziskostliknande material, MOF är gjorda av metalljoner anslutna till organiska ligander och kännetecknas av nanostorlekar. IBS-forskare i samarbete med School of Materials Science vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) designade och syntetiserade Ni (II) tetraaza [14] annulen-länkad MOF (NiTAA-MOF), där metallkomponenten är nickel och nickeltetraaza [14] annulenmolekylerna används som MOF -byggstenar för första gången.
Forskarna upptäckte att dopning av denna MOF med jod förändrar dess konduktivitet och magnetism. Orörda NiTAA-MOF fungerar dåligt. Det är faktiskt en isolator med en elektrisk konduktivitet mindre än 10-10 Siemens per centimeter. Dock, när det oxideras kemiskt av jod, samma mätning stiger till 0,01 Siemens per centimeter (ju större detta tal, desto bättre konduktör). Detta resultat visar ligandoxidationens viktiga roll i den elektriska konduktiviteten hos vissa 2-D MOF, utöka förståelsen för ursprunget till elektrisk konduktivitet i denna typ av MOF.
Figur 2. Elektrisk konduktivitet och magnetiska egenskaper hos jod-dopad NiTAA-MOF. a) Elektrisk konduktivitet som funktion av temperaturen. b) Magnetiseringen ökar med sjunkande temperatur, en typisk egenskap hos paramagnetiska material. Kredit:Institute for Basic Science
Dessutom, teamet kontrollerade hur detta material magnetiseras i ett applicerat magnetfält. Magnetiseringsmätningar utförda av forskarna vid School of Materials Science visade att jod-dopad NiTAA-MOF är paramagnetisk, det vill säga att det attraheras svagt av ett yttre magnetfält, och blir antiferromagnetisk vid mycket låga temperaturer. Detta innebär att det kan bli användbart som ett polariseringsmedel vid dynamisk kärnpolarisering-kärnmagnetisk resonans (DNP-NMR) som används i experiment för materialkarakterisering.
2-D MOF-strukturen modellerades också genom detaljerade beräkningar och analyserades med en mängd olika metoder, såsom röntgendiffraktion, infraröd, Röntgenfotoelektron, diffus reflektans UV-vis, elektronparamagnetisk resonans, och Raman -spektroskopier.
"Vårt arbete kan bidra till den grundläggande förståelsen av förhållanden mellan struktur och egendom i 2-D elektriskt ledande MOF, och kan bana väg för att utveckla nya elektriskt ledande MOF, säger professor Ruoff, en av motsvarande författare till denna studie och UNIST -professor. "Förutom, det asyntetiserade och jod-dopade NiTAA-MOF kan vara tillämpligt i katalas-efterlikningar, katalys, och energilagring. "
