Forskare från Institute of Process Engineering (IPE) vid den kinesiska vetenskapsakademin och Kyoto University har föreslagit en strategi för att odla "face-on" och "edge-on" ledande metallorganiska ramverk (cMOF) nanofilmer på substrat genom att kontrollera "stående" beteenden hos ligander på olika ytor för att övervinna svårigheten med orienteringskontroll av sådana filmer.
De etablerade operandokarakteriseringsmetodik med hjälp av atomkraftsmikroskopi och röntgen för att demonstrera mjukheten hos de kristallina nanofilmerna och avslöja deras unika ledande funktioner. Studien publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences den 25 september.
cMOFs har stor potential för användning i moderna elektriska apparater på grund av deras porösa natur och förmågan att leda laddningar i ett vanligt nätverk. cMOFs applicerade i elektriska apparater hybridiserar normalt med andra material, särskilt substrat. Därför är det avgörande att exakt kontrollera gränssnittet mellan en cMOF och ett substrat.
Den outforskade gränssnittskemin hos cMOF gör dock den kontrollerade syntesen och avancerade karakteriseringen av högkvalitativa tunna filmer särskilt utmanande. Specifikt, i motsats till den förväntade "edge-on"-inriktningen av 2D-planen som härrör från den hydrofila -OH-kanten och den hydrofoba trifenylenkärnan, är orienteringen som observeras experimentellt i själva verket "face-on"-konfigurationen av 2D-planen på underlagen.
"Utmaningen ligger i att inducera det nödvändiga höga yttrycket för att uppnå en "stående" konfiguration av kärnan", säger Prof. Yao Mingshui från IPE, första författare till studien.
I Langmuir–Blodgett-tekniken (LB) kan ligander med en hydrofob kärna och en hydrofil kant anta en upprätt orientering på hydrofila ytor när de utsätts för högt yttryck.
"Inspirerade av "stående upp" beteenden använder vi ultrahög koncentration, tillsammans med kraftig avdunstning under sprutning, för att skapa ett unikt lokalt högt yttryck som kan inducera "resning" av HHTP (HHTP =2,3,6 ,7,10,11-hexahydrotrifenylen)-ligander Följaktligen kan "face-on" och "edge-on" tunna filmer tillverkas", säger professor Kenichi Otake från Kyoto University, motsvarande författare till studien.
Olika tillförlitliga analyser utfördes för att verifiera kristalliniteten och orienteringen av filmerna med en ultratunn tjocklek som sträcker sig från några nanometer till tiotals nanometer.
"Operando GIWAXS-avbildning och elektrisk övervakning avslöjade den anisotropiska rammjukheten som är förknippad med elektrisk ledningsförmåga på cMOF-nanofilmen. Den svarar på frågan om den allmänt ansedda stela Cu-HHTP kan vara mjuk", säger Prof. Susumu Kitagawa från Kyoto University, motsvarande författare. av studien. Förutom redoxinteraktioner har den strukturella mjukheten bekräftats modulera den elektriska ledningsförmågan på ett anisotropt sätt.
Mer information: Ming-Shui Yao et al, Tillväxtmekanismer och anisotropisk mjukhetsberoende konduktivitet hos orienteringskontrollerbara metall-organiska ramverks nanofilmer, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2305125120
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
