Het nieuwe metaal-organische raamwerk van het onderzoeksteam zou halfgeleiders vooruit kunnen helpen

Een team van scheikundigen van Clemson University heeft een nieuw tweedimensionaal elektrisch geleidend metaal-organisch raamwerk (MOF) geconstrueerd, een doorbraak die moderne elektronica en energietechnologieën vooruit zou kunnen helpen.

De bevindingen van het team werden gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie in het artikel getiteld “Electrically Conductive π-Intercalated Graphitic Metal-Organic Framework Containing Alternate π-Donor/Acceptor Stacks.”

MOF’s zijn architecturen van nanoformaat die lijken op miniatuurgebouwen gemaakt van metaalionen die zijn verbonden door organische liganden. De structuren zijn meestal hol en poreus met een buitengewone hoeveelheid interne oppervlakteruimte. Als gevolg hiervan kunnen MOF’s gastmoleculen opslaan, chemische reacties katalyseren en medicijnen op een gecontroleerde manier afleveren.

Bepaalde MOF’s kunnen zelfs elektriciteit geleiden, waardoor ze potentiële halfgeleiders van de volgende generatie zijn.

“We hebben nieuwe materialen nodig voor halfgeleiders voor elektronica en energietechnologieën, en deze materiaalklasse heeft een groot potentieel getoond”, zegt Sourav Saha, een universitair hoofddocent bij de afdeling Scheikunde, die de studie leidde. “Deze materialen (MOF’s) zijn veel gemakkelijker te synthetiseren, te verwerken en hun elektronische en optische eigenschappen af ​​te stemmen dan traditionele anorganische halfgeleiders.”

Het grootste obstakel voor het verkrijgen van een hoge geleidbaarheid van het frame is hun porositeit.

“Dat is echt een uitdaging om poreuze materialen elektrisch geleidend te maken, omdat de ladingen niet door de poriën of de lege ruimte stromen”, zei Saha. “Dat is de heilige graal. Dat is de grootste uitdaging van het veld.”

Chemici passen verschillende strategieën toe om deze materialen elektrisch geleidend te maken. De ladingen kunnen door chemische bindingen stromen of door de nauwe spleten tussen de organische liganden.

“Meestal hebben de meeste van deze MOF’s die elektrisch geleidend zijn, geleidingspaden door de binding of door de ruimte. Wat we hier hebben bereikt, was het combineren van deze twee paden in een enkel 2D-materiaal, ” zei hij.

De nieuwe MOF heeft een geleidbaarheid die 10 tot 15 keer hoger is dan de moeder-MOF die dergelijke efficiënte geleidingsroutes buiten het vlak mist.

“Dr. Saha’s werk helpt de belofte waar te maken die metaal-organische raamwerkmaterialen bieden voor het verbeteren van een breed scala aan technologieën, waaronder batterijen, zonnecellen en chemische en farmaceutische productie. Zijn slimme introductie van elektrische geleidbaarheid in deze open raamwerkmaterialen is een krachttoer op het gebied van moleculair ontwerp. Het is opwindend om te zien hoe deze vorderingen voortkomen uit de onderzoeksonderneming van Clemson”, zegt Stephen Creager, associate decaan en professor scheikunde aan het College of Science.

Saha’s onderzoeksteam bij Clemson bestond uit postdoc Ashok Yadav en afgestudeerde studenten Shiyu Zhang en Paola Benavides. Wei Zhou van het National Institute of Standards and Technology’s Centre for Neuron Research bood computationele ondersteuning en validatie voor Saha’s experimentele werk.