Chemici van het Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea), hebben de synthese gerapporteerd van een nieuw type 2D-metaalorganisch raamwerk (MOF) met interessante elektrische geleidbaarheid en magnetische eigenschappen. Gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , dit nieuwe materiaal kan mogelijk bijdragen aan opto-elektronica, fotovoltaïsche, (foto)elektrokatalyse, en energieopslag.

Ook bekend als sponsachtige of Zwitserse kaasachtige materialen, MOF's zijn gemaakt van metaalionen die zijn verbonden met organische liganden en worden gekenmerkt door gaten van nanogrootte. IBS-onderzoekers hebben in samenwerking met de School of Materials Science van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) Ni(II) tetraaza[14]annulene-linked MOF (NiTAA-MOF) ontworpen en gesynthetiseerd. waarbij de metaalcomponent nikkel is en de nikkeltetraaza[14]annuleenmoleculen voor het eerst als MOF-bouwstenen worden gebruikt.

De onderzoekers ontdekten dat doping van deze MOF met jodium zijn geleidbaarheid en magnetisme verandert. Ongerepte NiTAA-MOF geleidt slecht. Het is eigenlijk een isolator met een elektrische geleidbaarheid kleiner dan 10-10 Siemens per centimeter. Echter, wanneer het chemisch wordt geoxideerd door jodium, dezelfde meting loopt op tot 0,01 Siemens per centimeter (hoe groter dit getal, hoe beter de dirigent). Dit resultaat toont de vitale rol van ligandoxidatie in de elektrische geleidbaarheid van sommige 2-D MOF's, het begrip van de oorsprong van elektrische geleidbaarheid in dit soort MOF's uitbreiden.

In aanvulling, het team controleerde hoe dit materiaal wordt gemagnetiseerd in een aangelegd magnetisch veld. Magnetisatiemetingen uitgevoerd door de onderzoekers van de School of Materials Science toonden aan dat met jodium gedoteerde NiTAA-MOF paramagnetisch is, dat wil zeggen dat het zwak wordt aangetrokken door een extern magnetisch veld, en wordt antiferromagnetisch bij zeer lage temperaturen. Dit betekent dat het bruikbaar kan worden als polarisatiemiddel in dynamische nucleaire polarisatie-nucleaire magnetische resonantie (DNP-NMR) die wordt gebruikt in experimenten voor materiaalkarakterisering.

De 2-D MOF-structuur werd ook gemodelleerd door middel van gedetailleerde berekeningen en geanalyseerd met verschillende methoden, zoals röntgendiffractie, infrarood, Röntgenfoto-elektron, diffuse reflectie UV-vis, elektron paramagnetische resonantie, en Raman-spectroscopieën.

"Ons werk kan bijdragen aan het fundamentele begrip van structuur-eigenschapsrelaties in 2D elektrisch geleidende MOF's, en kan de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van nieuwe elektrisch geleidende MOF's, " zegt professor Ruoff, een van de corresponderende auteurs van deze studie en UNIST-professor. "Daarnaast, de gesynthetiseerde en met jodium gedoteerde NiTAA-MOF kan van toepassing zijn op katalase-nabootsers, katalyse, en energieopslag."