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欢迎嘉宾:添加的分子允许金属有机框架导电

2019-11-25

  美国国家标准与技术研究院(NIST)和桑迪亚国家实验室的科学家为工程化高科技材料家族增加了一些新事物,称为金属有机框架(MOF):导电能力。这种突破性的导电MOF有潜力使这些本已非常出色的材料变得更加有用,尤其是在检测气体和有毒物质方面。

  MOF是具有纳米级孔的三维晶体材料,该孔由各种有机分子连接的金属离子组成。MOF具有巨大的表面积,科学家可以通过修补化学物质来轻松控制其孔的大小以及孔与分子的相互作用。这些特性使其非常适合用作气体存储或药物输送的催化剂,膜或海绵,以及其他应用。

  每年都会发现并表征成千上万的新MOF结构。尽管它们具有令人眼花array乱的化学和结构,但它们都无法良好地导电。NIST / Sandia团队开发了一种方法,可修改MOF薄膜的电导率并将其控制在六个数量级以上。他们的发现将发表在《科学》杂志上。*

  NIST材料工程师Andrea Centrone说:“ MOF通常是极差的导电体,因为它们的构成基块,有机连接基和金属离子在导电方面并没有真正相互交流。” “我们的工作指出了一种控制和增加其电导率的方法。”

  该小组通过“用氧化还原活性的共轭客体分子渗透绝缘MOF”来实现这一目标。

  换句话说,他们将电子共享分子注入并结合到MOF薄膜中,以创建一种在空气中稳定并且导电性比未改变的MOF高约一百万倍的材料。

  NIST的化学家Veronika Szalai说:“基于数个光谱实验,我们认为来宾分子具有两个重要目的:它们在金属离子(在这种情况下为铜)之间建立额外的桥,并且它们接受电荷。”

  根据NIST的物理学家Paul Haney的说法,他为实验数据提供了一些模型,MOF中的客体分子排列产生了独特的电导率机制,同时保留了多孔MOF晶体结构的优势。

  这些多孔且导电的MOF可能是全新的材料类别中的第一个,可用于传感,共形电子设备(可以弯曲并符合不同寻常形状的电子设备)以及其他迄今未知的应用。

  Centrone说:“我们的发现为化学家和工程师提供了全新的自由度,可以为他们的技术应用量身定制这些材料。” “如果可以使用这种新型材料制造太阳能电池,我不会感到惊讶。”

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