04.11.2019 - Institute for Basic Science

Material 2D tipo esponja con conductividad eléctrica y propiedades magnéticas interesantes

Nuevo marco 2D Metal Organic Framework con una lista cada vez mayor de posibles aplicaciones

Los químicos del Centro de Materiales Multidimensionales de Carbono (CMCM), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), han reportado la síntesis de un nuevo tipo de estructura orgánica metálica 2D (MOF) con una conductividad eléctrica y propiedades magnéticas interesantes. Publicado en el Journal of the American Chemical Society, este nuevo material puede contribuir potencialmente a la optoelectrónica, la fotovoltaica, la (foto)electrocatálisis y el almacenamiento de energía.

También conocidos como materiales esponjosos o como quesos suizos, los MOFs están hechos de iones metálicos conectados a ligandos orgánicos y se caracterizan por tener orificios de tamaño nanométrico. Investigadores del IBS en colaboración con la Escuela de Ciencia de Materiales del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) diseñaron y sintetizaron Ni(II) tetraaza[14], un MOF ligado a la anulación (NiTAA-MOF), en el que el componente metálico es el níquel y las moléculas de níquel tetraaza[14] anuleno se utilizan por primera vez como bloques de construcción del MOF.

Los investigadores descubrieron que dopar este MOF con yodo cambia su conductividad y magnetismo. El NiTAA-MOF prístino se comporta mal. En realidad es un aislante con una conductividad eléctrica inferior a 10-10 Siemens por centímetro. Sin embargo, cuando es oxidado químicamente por el yodo, la misma medida se eleva a 0.01 Siemens por centímetro (cuanto mayor sea este número, mejor será el conductor). Este resultado muestra el papel vital de la oxidación de ligandos en la conductividad eléctrica de algunos MOFs 2D, ampliando el conocimiento del origen de la conductividad eléctrica en este tipo de MOFs.

Además, el equipo verificó cómo este material se magnetiza en un campo magnético aplicado. Las mediciones de magnetización realizadas por los investigadores de la Escuela de Ciencia de Materiales mostraron que el NiTAA-MOF dopado con yodo es paramagnético, es decir, es débilmente atraído por un campo magnético externo, y se convierte en antiferromagnético a muy bajas temperaturas. Esto significa que podría ser útil como agente polarizante en la polarización nuclear dinámica - resonancia magnética nuclear (DNP-RMN) que se utiliza en experimentos de caracterización de materiales.

La estructura 2D MOF también fue modelada a través de cálculos detallados y analizada por una variedad de métodos, tales como difracción de rayos X, infrarrojos, fotoelectrón de rayos X, reflectancia difusa UV-vis, resonancia paramagnética de electrones y espectroscopias Raman.

"Nuestro trabajo puede contribuir a la comprensión fundamental de las relaciones estructura-propiedad en los MOFs 2D eléctricamente conductores, y puede allanar el camino para desarrollar nuevos MOFs eléctricamente conductores", dice el profesor Ruoff, uno de los autores correspondientes de este estudio y profesor del UNIST. "Además, el NiTAA-MOF sintetizado y dopado con yodo podría ser aplicable en imitaciones de la catalasa, catálisis y almacenamiento de energía."

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