Добавочные молекулы помогают металл-органическим каркасам проводить электричество

Ученые из Национального института стандартов и технологий и Национальной лаборатории Сандиа добавили кое-что новое в семейство высокотехнологичных материалов под названием металл-органические каркасы, а именно способность проводить электричество.

Этот прорыв обладает потенциалом сделать указанные каркасы еще более полезными, особенно для обнаружения газов и токсических веществ.

Металл-органические каркасы (MOFs) — трехмерные кристаллические материалы с нанопорами, состоящие из металлических ионов, связанных с различными органическими молекулами. MOFs обладают огромной площадью поверхности, и ученые могут легко управлять размером их пор и тем, как поры взаимодействуют с молекулами. Эти особенности делают их идеальными для применения в качестве катализаторов, мембран или губок для хранения газа или для доставки лекарств, среди прочего.

Ежегодно открываются и описываются тысячи новых структур MOF. И хотя химические их свойства и структуры поражают многообразием, ни один из каркасов не может похвастаться хорошей электропроводностью. Ученые разработали метод для изменения электрической проводимости тонких пленок MOF и для управления ими на шесть порядков. Результаты опубликованы в издании Science.

«MOFs — обычно весьма неважные проводники электричества, поскольку составляющие их компоненты, органические молекулы и металлические ионы, действительно не взаимодействуют, чтобы проводить ток», отметила инженер Андреа Чентроне. „Наша работа указывает способ управления ими и повышения их электропроводности“.

Ученые добились этого, «пропитав изолирующие MOF окислительно-восстановительно-активными конъюгированными гостевыми молекулами».

Другими словами, они внедрили и связали молекулы в тонкие пленки MOF, чтобы получить материал, стабильный на воздухе и приблизительно в миллион раз более проводящий, чем нетронутые MOFs.

«По итогам ряда спектроскопических экспериментов мы полагаем, что гостевые молекулы удовлетворяют двум важным целям: они формируют дополнительные мосты между ионами металла — в данном случае меди — и проводят электрический ток», сообщила химик Вероника Залаи.

По словам физика Пола Нэйни, обеспечившего моделирование экспериментальных данных, порядок гостевых молекул в MOF создает уникальный механизм проводимости, сохраняя льготы пористой кристаллической структуры MOF.

Пористые и проводящие MOFs могут оказаться первыми в новом классе материалов, который будут использовать для создания датчиков, конформной электроники (которая может сгибаться и принимать любые формы) и в других, пока еще неизвестных областях.

«Наше открытие дает химикам и инженерам новую степень свободы выкраивания инновационных материалов для последующего технологического применения», сказала Чентроне. „Я не удивлюсь, если этот инновационный класс материалов будут применять при изготовлении солнечных батарей“.

06.12.2013