04.11.2019 - Institute for Basic Science

Neues 2D-MOF mit einer ständig wachsenden Liste von Anwendungsmöglichkeiten

Schwammartiges 2D-Material mit interessanter elektrischer Leitfähigkeit und magnetischen Eigenschaften

Chemiker am Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), innerhalb des Institute for Basic Science (IBS, Südkorea), haben über die Synthese einer neuartigen Art von 2D metallorganischem Gerüst (MOF) mit interessanter elektrischer Leitfähigkeit und magnetischen Eigenschaften berichtet. Dieses neue Material, das im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht wurde, kann potenziell zur Optoelektronik, Photovoltaik, (Foto-)Elektrokatalyse und Energiespeicherung beitragen.

MOFs, auch bekannt als schwammartige Materialien, bestehen aus Metallionen, die mit organischen Liganden verbunden sind und zeichnen sich durch nanogroße Löcher aus. IBS-Forscher haben in Zusammenarbeit mit der School of Materials Science am Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) Ni(II) Tetraaza[14]annulen-verknüpftes MOF (NiTAA-MOF) entwickelt und synthetisiert, wobei die Metallkomponente Nickel ist und die Nickel-Tetraaza[14]annulenmoleküle erstmals als MOF-Bausteine eingesetzt werden.

Die Forscher entdeckten, dass die Dotierung dieses MOF mit Jod seine Leitfähigkeit und seinen Magnetismus verändert. Reines NiTAA-MOF hat eine schlechte Leitfähigkeit. Es ist eigentlich ein Isolator mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10-10 Siemens pro Zentimeter. Wenn es jedoch chemisch durch Jod oxidiert wird, steigt der gleiche Messwert auf 0,01 Siemens pro Zentimeter (je größer diese Zahl, desto besser der Leiter). Dieses Ergebnis zeigt die entscheidende Rolle der Ligandenoxidation bei der elektrischen Leitfähigkeit einiger 2D-MOFs und erweitert das Verständnis für den Ursprung der elektrischen Leitfähigkeit bei dieser Art von MOFs.

Darüber hinaus überprüfte das Team, wie dieses Material in einem angelegten Magnetfeld magnetisiert wird. Magnetisierungsmessungen der Forscher der School of Materials Science zeigten, dass joddotiertes NiTAA-MOF paramagnetisch ist, d.h. von einem äußeren Magnetfeld schwach angezogen wird und bei sehr niedrigen Temperaturen antiferromagnetisch wird. Das bedeutet, dass es als Polarisationsmittel in der dynamischen Kernpolarisationskernspinresonanz (DNP-NMR) nützlich werden könnte, die in Experimenten zur Materialcharakterisierung eingesetzt wird.

Die 2D-MOF-Struktur wurde ebenfalls durch detaillierte Berechnungen modelliert und mit einer Vielzahl von Methoden analysiert, wie z.B. Röntgenbeugung, Infrarot, Röntgen-Photoelektron, diffuses Reflexionsvermögen UV-vis, Elektronenparamagnetische Resonanz und Ramanspektroskopien.

"Unsere Arbeit kann zum grundlegenden Verständnis von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in 2D elektrisch leitfähigen MOFs beitragen und den Weg für die Entwicklung neuer elektrisch leitfähiger MOFs ebnen", sagt Professor Ruoff, einer der entsprechenden Autoren dieser Studie und UNIST-Professor. "Außerdem könnte das asynthesierte und joddotierte NiTAA-MOF in der Katalasemimik, Katalyse und Energiespeicherung einsetzbar sein."

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