Onderzoekers van het Institute of Process Engineering (IPE) van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Universiteit van Kyoto hebben een strategie voorgesteld om ‘face-on’ en ‘edge-on’ geleidende metaal-organische raamwerken (cMOF) nanofilms op substraten te laten groeien door de "stand-up"-gedrag van liganden op verschillende oppervlakken om de moeilijkheid bij de oriëntatiecontrole van dergelijke films te overwinnen.

Ze ontwikkelden een operando-karakteriseringsmethodologie met behulp van atoomkrachtmicroscopie en röntgenstraling om de zachtheid van de kristallijne nanofilms aan te tonen en hun unieke geleidende functies te onthullen. Het onderzoek is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences op 25 september.

cMOF's hebben een groot potentieel voor gebruik in moderne elektrische apparaten vanwege hun poreuze aard en het vermogen om ladingen te geleiden in een regulier netwerk. cMOF's die in elektrische apparaten worden toegepast, hybridiseren normaal gesproken met andere materialen, vooral substraten. Daarom is het nauwkeurig controleren van de interface tussen een cMOF en een substraat cruciaal.

De onontdekte grensvlakchemie van cMOF's maakt de gecontroleerde synthese en geavanceerde karakterisering van dunne films van hoge kwaliteit echter bijzonder uitdagend. Specifiek, in tegenstelling tot de verwachte "rand-op" uitlijning van de 2D-vlakken die voortkomen uit de hydrofiele -OH-rand en de hydrofobe trifenyleenkern, is de experimenteel waargenomen oriëntatie in feite de "face-on" -configuratie van de 2D-vlakken. op de substraten.

"De uitdaging ligt in het opwekken van de noodzakelijke hoge oppervlaktedruk om een ​​'staande' configuratie van de kern te bereiken", zegt prof. Yao Mingshui van IPE, eerste auteur van het onderzoek.

In de Langmuir-Blodgett (LB)-techniek kunnen liganden met een hydrofobe kern en een hydrofiele rand een rechtopstaande oriëntatie aannemen op hydrofiele oppervlakken wanneer ze worden blootgesteld aan hoge oppervlaktedruk.

"Geïnspireerd door het 'opstaan'-gedrag, gebruiken we ultrahoge concentraties, samen met krachtige verdamping tijdens het spuiten, om een ​​unieke lokale hoge oppervlaktedruk te creëren die het 'opstaan' van HHTP kan veroorzaken (HHTP =2,3,6 Dienovereenkomstig kunnen de 'face-on' en 'edge-on' dunne films worden vervaardigd", zegt prof. Kenichi Otake van de Universiteit van Kyoto, corresponderend auteur van het onderzoek.

Er zijn verschillende betrouwbare analyses uitgevoerd om de kristalliniteit en oriëntatie van de films met een ultradunne dikte variërend van enkele nanometers tot tientallen nanometers te verifiëren.

"De operando GIWAXS-beeldvorming en elektrische monitoring onthulden de anisotrope raamwerkzachtheid geassocieerd met elektrische geleidbaarheid op de cMOF-nanofilm. Het beantwoordt de vraag of het algemeen beschouwd als rigide Cu-HHTP zacht kan zijn", zegt prof. Susumu Kitagawa van de Universiteit van Kyoto, corresponderende auteur van de studie. Naast redox-interacties is bevestigd dat de structurele zachtheid de elektrische geleidbaarheid op een anisotrope manier moduleert.

Meer informatie: Ming-Shui Yao et al, Groeimechanismen en anisotrope zachtheid-afhankelijke geleidbaarheid van oriëntatie-controleerbare metaal-organische raamwerk nanofilms, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2305125120

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen