Группа исследователей из Университета префектуры Осака, Японского научно-исследовательского института синхротронного излучения и Токийского университета создала тонкопленочный металлоорганический каркас (MOF) с основными приложениями в хеморезистивных сенсорах, суперконденсаторах, электродах. катализаторы и экологически безопасные носители для хранения природного газа.

Металлоорганические каркасы представляют собой обширный класс кристаллических материалов со сверхвысокой пористостью (до 90% свободного объема) и большой площадью поверхности, достигающей более 6000 м ² / г. В сочетании с высокой вариабельностью органических и неорганических компонентов их структур – иона / кластера металла и органического линкера – MOF открывают безграничные возможности для материаловедов.

Двумерные наноматериалы обладают уникальными свойствами из-за их уменьшенных размеров. Их можно вводить в виде предельно тонких компонентов в наноустройства. Металлоорганические каркасы представляют собой высококристаллические координационные полимеры с четко выраженными нанопорами.

Команда сконструировала проводящий нанолист MOF, состоящий из молекул 2,3,6,7,10,11-гексаиминотрифенилена и ионов никеля (HITP-Ni-NS). Восходящий синтез HITP-Ni-NS на границах раздела воздух / жидкость (A / L) позволяет легко переносить его на любую подложку.

Структура металлоорганических каркасов

Металлоорганические каркасы (MOF) представляют собой класс материалов, состоящих из ионов или кластеров металлов (металл-кислород-углерод) и органических линкеров, связанных в симметричную структуру. Ионы или кластеры металлов связаны с органическими лигандами с образованием одно-, двух- или трехмерных структур. Лиганд – это структура, определенная в координационной химии, где ион или молекула связывается с центральным атомом с образованием координационного комплекса.

MOF являются подклассом координационных полимеров. Однако они более специфичны, чем координационные полимеры, для 2D или 3D кристаллических структур. Из-за их пористой структуры их также называют пористыми координационными полимерами (ПКП).

В MOF одновременно проявляются три различных свойства – кристалличность, пористость и прочные связи металл-лиганд. Это дает MOF структурную гибкость, большую площадь поверхности и регулируемый размер пор с полезными применениями, например, в адсорбции и хранении газа, молекулярном распознавании, нелинейной оптике и сенсорной технике.

Многие MOF являются фотолюминесцентными из-за органических линкеров, поглощающих УФ-свет. Они находят применение в детекторах рентгеновского излучения, датчиках малых молекул, датчиках pH и высокотехнологичной оптике.

Тонкие компоненты для наноустройств

Двумерные наноматериалы – нанолисты – демонстрируют уникальные свойства благодаря своим уменьшенным размерам. Они полезны в качестве очень тонких компонентов в различных наноустройствах.

Металлоорганические каркасы представляют собой координационные полимеры с высококристаллической структурой и четко очерченными нанопорами. Однако большинство заявленных MOF электрически неактивны.

MOF находят основное применение в хеморезистивных сенсорах, суперконденсаторах, электродах аккумуляторных батарей и электродных катализаторах. Чтобы использовать их превосходные проводящие свойства, материаловедам необходимо синтезировать ультратонкие пленки с определенным размером пор, хорошо контролируемым направлением роста и толщиной.

Традиционные методы выращивания пленки на сольвотермическом растворе или осаждения на поверхности раствора практически не контролируют рост пленки. Создание нанолистов – ультратонких пленок с толщиной в несколько нанометров – с четко определенной структурой и ориентацией кристаллов позволяет исследователям контролировать характеристики проводимости MOF.

Исследователи разработали метод изготовления нанолистов MOF, в котором используется межфазный синтез воздух / жидкость (A / L). Это известно как метод Ленгмюра-Блоджетт. Команда была первой, кто успешно синтезировал кристаллические нанолисты MOF с полной ориентацией кристалла.

Этот метод создает монослои и многослойные слои, где слои складываются на границе раздела A / L. Нанолисты, синтезированные на интерфейсе A / L, также могут быть легко перенесены на различные типы подложек. Послойное последовательное осаждение на границе раздела A / L позволяет точно контролировать толщину пленки.

Нанолист MOF синтезирован из молекул 2,3,6,7,10,11-гексаиминотрифенилена (HITP), ионов никеля и Ni2 + (HITP-Ni-NS). HITP-Ni-NS состоит из плоских сотовых сетей, каждый слой которых плотно уложен друг на друга посредством π − π взаимодействий трифениленовых единиц. Его толщина составляет около 14 нм – примерно 43 слоя, уложенные самосборным способом на границе раздела A / L.

HITP-Ni-NS можно переносить на такие подложки, как кварц и кремний, сохраняя при этом свою ориентацию. Плоская электропроводность HITP-Ni-NS была зарегистрирована как 0,6 См см ^-1 что является самой высокой проводимостью среди нанолистов MOF на основе трифенилена с толщиной менее 100 нм

.

Исследователи продемонстрировали потенциал межфазного синтеза A / L для создания ориентированных нанолистов MOF и показали, что ориентация нанолистов влияет на их электронные свойства. Это будет иметь серьезные последствия для производства наносенсоров, конденсаторов и катализаторов в будущем.

Ссылки и дополнительная литература

Такаши Охата, Акихиро Номото, Такеши Ватанабе, Ичиро Хиросава, Тацуюки Макита, Джун Такея и Рие Макиура. (2021 г.). Одноосно ориентированные электропроводящие металл-органические каркасные нанолисты, собранные на границах раздела воздух / жидкость и материалы, используемые в ACS. . https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c16180

Сони, Санджу и Баджпай, Пармендра и Арора, Чару. (2018). Обзор металлоорганического каркаса: синтез, свойства и применение. Характеристика и применение наноматериалов. https://systems.enpress-publisher.com/index.php/CAN/article/view/551[19459005visible

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.