science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Poreus, gelaagd materiaal kan dienen als een grafeen-analoog

Bovenaanzicht (links) en zijaanzicht (rechts), ter illustratie van de poreuze en gelaagde structuur van een sterk geleidend poeder, voorloper van een nieuwe, afstembare grafeen analoog. Krediet:Mircea Dincă, Massachusetts Institute of Technology

Een elektrisch geleidend materiaal, met lagen die lijken op grafeen (enkele laag grafiet), werd onder milde omstandigheden gesynthetiseerd met behulp van een bekend molecuul dat een goede elektronische koppeling van nikkelionen en organische delen mogelijk maakt. Het nieuwe poreuze materiaal vertoont een hoge elektrische geleidbaarheid als bulkmateriaal dat potentieel afstembaar is en een ongebruikelijke temperatuurafhankelijkheid heeft, suggereert nieuwe fundamentele fysica.

Het nieuwe poreuze materiaal is een kristallijn, structureel afstembare elektrische geleider met een groot oppervlak; dergelijke materialen zijn gewild voor toepassingen bij het opslaan van energie en voor het onderzoeken van de fundamentele fysica van gelaagde, tweedimensionale materialen.

Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn hybride organisch-anorganische materialen die traditioneel zijn bestudeerd voor gasopslag- of scheidingstoepassingen vanwege hun grote oppervlakte. Het is al lang een uitdaging om goede elektrische geleiders te maken van deze normaal isolerende materialen. aangezien zeer poreuze intrinsieke geleiders voor een reeks toepassingen kunnen worden gebruikt, inclusief energieopslag. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology en Harvard University hebben aangetoond dat het combineren van een organisch molecuul, 2, 3, 6, 7, 10, 11-hexaiminotrifenyleen (afgekort als HITP), met nikkelionen in waterige ammoniakoplossing en lucht veroorzaakt de zelfassemblage van een zeer geleidend poreus zwart poeder, Ni 3 (HITP) 2 . Het nieuwe materiaal bestaat uit stapels oneindige tweedimensionale platen die lijken op grafiet, met een elektrische geleidbaarheid bij kamertemperatuur van ~40 S/cm.

De geleidbaarheid van dit materiaal is vergelijkbaar met die van bulkgrafiet en behoort tot de hoogste voor alle geleidende MOF's die tot nu toe zijn gerapporteerd. Bovendien, de temperatuurafhankelijkheid van geleidbaarheid vertoont een lineaire afhankelijkheid tussen 100 K en 500 K, suggereert een ongebruikelijk ladingstransportmechanisme dat nog niet eerder is waargenomen in organische halfgeleiders, en moet dus nog worden onderzocht. In bulkvorm, het materiaal zou kunnen worden gebruikt voor supercondensatoren en elektrokatalyse-toepassingen. Bij exfoliatie, d.w.z., afpellen van opeenvolgende lagen, het materiaal zal zich naar verwachting gedragen als een grafeenanaloog met afstembare bandgap en elektromagnetische eigenschappen, suggereert nieuwe toepassingen en exotische kwantumeigenschappen in de vastestoffysica.