Forskere indser orienteringskontrol af cMOF nanofilm

Forskere fra Institute of Process Engineering (IPE) ved det kinesiske videnskabsakademi og Kyoto Universitet har foreslået en strategi for at dyrke "face-on" og "edge-on" ledende metal-organiske rammer (cMOF) nanofilm på substrater ved at kontrollere "stand-up" adfærd af ligander på forskellige overflader for at overvinde vanskeligheden med orienteringskontrol af sådanne film.

De etablerede operando karakteriseringsmetodologi ved hjælp af atomkraftmikroskopi og røntgen for at demonstrere blødheden af ​​de krystallinske nanofilm og afsløre deres unikke ledende funktioner. Undersøgelsen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences den 25. september.

cMOF'er har et stort potentiale for brug i moderne elektriske enheder på grund af deres porøse natur og evnen til at lede ladninger i et almindeligt netværk. cMOF'er anvendt i elektriske enheder hybridiserer normalt med andre materialer, især substrater. Derfor er præcis styring af grænsefladen mellem en cMOF og et substrat afgørende.

Den uudforskede grænsefladekemi af cMOF'er gør imidlertid den kontrollerede syntese og avancerede karakterisering af tynde film af høj kvalitet særligt udfordrende. Specifikt, i modsætning til den forventede "edge-on"-justering af 2D-planerne, der stammer fra den hydrofile -OH-kant og den hydrofobe triphenylenkerne, er orienteringen observeret eksperimentelt faktisk "face-on"-konfigurationen af ​​2D-planerne på underlagene.

"Udfordringen ligger i at inducere det nødvendige høje overfladetryk for at opnå en 'stående' konfiguration af kernen," sagde Prof. Yao Mingshui fra IPE, førsteforfatter af undersøgelsen.

I Langmuir-Blodgett (LB) teknikken kan ligander med en hydrofob kerne og en hydrofil kant antage en opretstående orientering på hydrofile overflader, når de udsættes for højt overfladetryk.

"Inspireret af 'stående op'-adfærd anvender vi ultrahøj koncentration, sammen med kraftig fordampning under sprøjtning, for at skabe et unikt lokalt højt overfladetryk, der kan inducere 'stående' af HHTP (HHTP =2,3,6 ,7,10,11-hexahydrotriphenylen)-ligander I overensstemmelse hermed kan de 'ansigt-på' og 'kant-på' tynde film fremstilles," sagde prof. Kenichi Otake fra Kyoto University, tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

Forskellige pålidelige analyser blev udført for at verificere krystalliniteten og orienteringen af ​​filmene med en ultratynd tykkelse, der spænder fra nogle få nanometer til titusinder af nanometer.

"Operando GIWAXS-billeddannelse og elektrisk overvågning afslørede den anisotropiske rammeblødhed forbundet med elektrisk ledningsevne på cMOF-nanofilmen. Det besvarer spørgsmålet, om den generelt betragtede stive Cu-HHTP kan være blød," sagde prof. Susumu Kitagawa fra Kyoto University, tilsvarende forfatter. af undersøgelsen. Ud over redox-interaktioner er den strukturelle blødhed blevet bekræftet til at modulere den elektriske ledningsevne på en anisotropisk måde.

Flere oplysninger: Ming-Shui Yao et al., Vækstmekanismer og anisotrop blødhedsafhængig ledningsevne af orienteringskontrollerbare metal-organiske ramme nanofilm, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2305125120

Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences

Leveret af Chinese Academy of Sciences