Figura 1. Estructura química del MOF unido al anuleno de Ni (II) tetraaza [14] dopado con yodo (NiTAA-MOF). Si bien NiTAA-MOF es un aislante, la molécula oxidada adquiere conductividad eléctrica y paramagnetismo. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Químicos del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional (CMCM), dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), han informado de la síntesis de un nuevo tipo de estructura organometálica (MOF) 2-D con interesantes propiedades magnéticas y de conductividad eléctrica. Publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , este nuevo material puede contribuir potencialmente a la optoelectrónica, fotovoltaica, (foto) electrocatálisis, y almacenamiento de energía.
También conocidos como materiales similares a una esponja o queso suizo, Los MOF están hechos de iones metálicos conectados a ligandos orgánicos y se caracterizan por tener agujeros 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] MOF ligado al anuleno (NiTAA-MOF), donde el componente metálico es níquel y las moléculas de níquel tetraaza [14] anuleno se utilizan como bloques de construcción de MOF por primera vez.
Los investigadores descubrieron que dopar este MOF con yodo cambia su conductividad y magnetismo. Pristine NiTAA-MOF se conduce mal. En realidad, es un aislante con una conductividad eléctrica inferior a 10-10 Siemens por centímetro. Sin embargo, cuando se oxida químicamente con yodo, la misma medida se eleva a 0,01 Siemens por centímetro (cuanto mayor sea este número, mejor el director). Este resultado muestra el papel vital de la oxidación del ligando en la conductividad eléctrica de algunos MOF 2-D, ampliando la comprensión del origen de la conductividad eléctrica en este tipo de MOF.
Figura 2. Conductividad eléctrica y propiedades magnéticas de NiTAA-MOF dopado con yodo. a) Conductividad eléctrica en función de la temperatura. b) La magnetización aumenta al disminuir la temperatura, una característica típica de los materiales paramagnéticos. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Además, el equipo comprobó 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 atraído débilmente por un campo magnético externo, y se vuelve antiferromagnético a muy bajas temperaturas. Esto significa que podría resultar útil como agente polarizador en polarización nuclear dinámica-resonancia magnética nuclear (DNP-NMR) que se utiliza en experimentos para la caracterización de materiales.
La estructura 2-D MOF también se modeló a través de cálculos detallados y se analizó mediante una variedad de métodos, como la difracción de rayos X, infrarrojo, 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 MOF 2-D eléctricamente conductivos, y puede allanar el camino para desarrollar nuevos MOF conductores de electricidad, "dice el profesor Ruoff, uno de los autores correspondientes de este estudio y profesor de UNIST. "Además, el NiTAA-MOF sintetizado y dopado con yodo podría ser aplicable en imitaciones de catalasa, catálisis, y almacenamiento de energía ".
