Los marcos organometálicos MOF son materiales multifuncionales emergentes que están saliendo gradualmente de los laboratorios de investigación y en una miríada de aplicaciones del mundo real. Por ejemplo, los MOF pueden almacenar gases peligrosos, catalizar reacciones químicas, administrarmedicamentos de forma controlada, e incluso se pueden usar en baterías recargables y células solares.
Un equipo de investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Clemson demostró recientemente que una nueva arquitectura MOF de doble hélice, en una forma parcialmente oxidada, puede conducir electricidad que potencialmente lo convierte en un semiconductor de próxima generación.
Los hallazgos del equipo se describen en el artículo titulado "El advenimiento de la conducción eléctrica de estructuras metálicas orgánicas de doble hélice que presentan ligandos tetratiafulvalenos extendidos en forma de mariposa", publicado el 18 de marzo de 2020 como portadaartículo en Materiales e interfaces aplicados , una revista publicada por la American Chemical Society.
Los MOF consisten en una serie de iones metálicos conectados por ligandos orgánicos. Diseñados atómicamente con gran precisión, poseen unidades repetitivas altamente ordenadas que generalmente constituyen estructuras porosas.
Desde que se construyó el primer MOF hace más de 20 años, los investigadores de todo el mundo han creado más de 20,000 MOF diferentes hechos con una variedad de metales y ligandos orgánicos.
Según el profesor asociado de química Sourav Saha, la mayoría de los MOF existentes están hechos de ligandos lineales o planos. Sin embargo, Saha y su equipo introdujeron un ligando convexo en forma de mariposa en un MOF, lo que resultó en una nueva estructura helicoidal doble capaz de conducirelectricidad una vez parcialmente oxidada por las moléculas de yodo huésped.
"Este ligando de tetratiafulvaleno extendido en forma de mariposa ExTTF ha sido conocido por la comunidad química por un tiempo, pero no se había incorporado en un MOF antes", dijo Saha. "Al introducirlo en un MOF doble helicoidal,podríamos crear vías únicas de transporte de carga en forma de S que corren a lo largo de las costuras de los filamentos vecinos. Cuando los ligandos ExTTF en un lado de cada doble filamento helicoidal son oxidados por el yodo y los del otro permanecen neutrales, forman transferencia de carga intermolecularcadenas a lo largo de las costuras. Los electrones pueden fluir a lo largo de esta vía de manera intermolecular, haciendo que el MOF sea más conductivo ".
La estudiante de posgrado de química Monica Gordillo en el grupo de investigación del Dr. Saha sintetizó el MOF doble helicoidal a través de un método solvotermal, mezclando una sal de zinc y el ligando ExTTF en cierta proporción. Luego calentó la mezcla en un horno a unos 65 grados Celsius durante24 horas.
"Obtuvimos estos hermosos cristales naranjas en forma de placa", dijo Gordillo. "Para lograr este emocionante material, ajustamos las condiciones de esta síntesis, cambiando la proporción de solventes, la proporción de ligandos a los iones metálicos zinc ytemperatura."
Para crear una vía de transporte de carga capaz de conducir electricidad, difundió vapor de yodo en el MOF poroso, haciendo que una hebra se vuelva deficiente en electrones mientras que la otra permaneció rica en electrones.
Los MOF conductores de electricidad pueden tener algunas ventajas sobre los semiconductores inorgánicos convencionales hechos de silicio, galio o arseniuro, que son ubicuos en puertas lógicas, chips de memoria y otras aplicaciones electrónicas. Por ejemplo, los semiconductores convencionales se sintetizan a temperaturas entre 500 y 1,000grados Celsius.
"Por otro lado, los MOF pueden fabricarse de una manera más eficiente energéticamente que los semiconductores inorgánicos", dijo Saha. "Pueden sintetizarse en cualquier lugar entre la temperatura ambiente y 150 grados Celsius, manteniendo la estructura cristalina altamente ordenada que los semiconductores convencionalestener."
Saha y su equipo planean continuar desarrollando nuevas arquitecturas MOF con diferentes geometrías, composiciones y funciones que puedan tener aplicaciones en futuros dispositivos electrónicos y de conversión de energía y dispositivos de almacenamiento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Clemson . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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