Los MOF, o estructuras metálicas orgánicas, son sólidos de red porosos altamente personalizables con jaulas que pueden venir en muchos tamaños y pueden atraer y retener una variedad de componentes químicos, como dióxido de carbono, metano y gases de hidrógeno. Y esEsta especificidad versátil que brinda a los MOF un gran potencial para aplicaciones en baterías de próxima generación y en la captura de carbono, entre una lista creciente.A pesar de sus muchos rasgos positivos, su estructura abierta y porosa, que se adhiere a los electrones, no es idealpara aplicaciones que requieren que los electrones fluyan libremente con iones partículas cargadas a través de un dispositivo para crear una corriente eléctrica.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab y UC Berkeley ha desarrollado una técnica para hacer un MOF eléctricamente conductor que también podría usarse para mejorar la conductividad de otros MOF.el trabajo fue reportado en Materiales de la naturaleza .
Para evitar la conductividad eléctrica inherentemente baja de los MOF, los investigadores agregaron una mezcla química de potasio a un MOF de bencenedipirazolato de hierro BDP. Los electrones adicionales producidos durante esta reacción pueden ingresar al centro de hierro del MOF y conducir electricidad saltando a lo largo de la longitudde un eje de cristal de los cristales en forma de barra. El centro de hierro actúa como un cable capaz de conducir electricidad.
La mayoría de los MOF se degradan cuando se exponen al potasio, pero el MOF BDP de hierro presenta canales triangulares robustos que se sostuvieron durante una serie de pruebas en las que cada reacción aumentó el recuento de electrones del material hasta alcanzar la conductividad máxima para ese material, lo que resultó en un MOF que conduceelectricidad hasta 10,000 veces mejor que antes de sufrir las reacciones de potasio. "Es sorprendente que esta arquitectura, una vez incorporada en un dispositivo similar a un transistor de tamaño micrón, nos permitió medir el recuento de electrones a medida que aumentaba con cada reacción de potasio sucesiva".dijo Jeffrey Long, científico principal de la facultad en la División de Ciencias de Materiales en Berkeley Lab y profesor de química e ingeniería química y biomolecular en UC Berkeley, quien fue el autor principal del estudio.
Otro desafío en este estudio fue hacer crecer los MOF para que sus átomos estén primero perfectamente alineados ¬- los electrones necesitan viajar en una ruta recta para generar electricidad, y luego conectar estos dispositivos de tamaño micrométrico para medir su conductividad ".fue increíblemente difícil de hacer ", dijo Long." No pudimos cultivar cristales muy grandes de este MOF, y el tamaño y la forma en que crecen los cristales hace que sea difícil conectarlos a un dispositivo. Pero encontramos unalrededor de eso "
Trabajando con el laboratorio de Peidong Yang, científico principal de la facultad en la División de Ciencias de Materiales en Berkeley Lab y profesor de química e ciencia de materiales e ingeniería en UC Berkeley, los investigadores colocaron contactos de platino a cada lado del cristal MOF, que sonsolo 10 micras de largo, la longitud de dos glóbulos rojos alineados uno al lado del otro. El MOF recién creado es una continuación del trabajo que informó el laboratorio de Long en 2009.
"Este MOF no solo tiene una conductividad eléctrica realmente alta, sino que su cadena de hierro en el centro se puede traducir a otros MOF con bastante facilidad sin perder mucha conductividad", dijo Michael Aubrey, un ex investigador de posgrado en el grupo Long en UC Berkeleyquien ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford.
Las simulaciones de la estructura electrónica de los MOF fueron dirigidas por Jeff Neaton, director de Molecular Foundry de Berkeley Lab, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE especializada en investigación de nanociencia. El trabajo de difracción se realizó en la Fuente de Fotones Avanzados en el Laboratorio Nacional de Argonne.
Esta demostración temprana de un MOF 3D altamente conductivo podría ser un buen augurio para su uso futuro como material de uso múltiple para baterías, supercondensadores y celdas de combustible. También podría incorporarse a materiales compuestos existentes para transformarlos en conductores porosos. YDebido a que los componentes orgánicos del MOF reducido en potasio son conmutables sin comprometer la estabilidad o la movilidad de los electrones, también podría usarse para hacer diferentes compuestos para catalizadores y electrolitos.
Y el futuro para los MOF puede ser aún más brillante a medida que los investigadores miran hacia adelante para "aumentar aún más las conductividades", dijo Long. "Si podemos tener este nivel de conductividad en un material donde los electrones se mueven en una dimensión, nosotrosquisiera algún día crear MOF que tengan electrones móviles en dos o tres dimensiones ", lo que ampliaría su potencial para aplicaciones electrónicas y de baterías".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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