La investigación del marco metal-orgánico de Sourav Saha apareció en la portada de ACS Applied Materials &Interfaces el 18 de marzo de 2020. Crédito:Cortesía de Sourav Saha
Los frameworks metal-orgánicos (MOF) son materiales multifuncionales emergentes que están encontrando gradualmente su camino fuera de los laboratorios de investigación y hacia una miríada de aplicaciones del mundo real. Por ejemplo, Los MOF pueden almacenar gases peligrosos, catalizar reacciones químicas, entregar medicamentos de manera controlada, e incluso se puede utilizar en baterías recargables y células solares.
Un equipo de investigadores de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Clemson demostró recientemente que una nueva arquitectura MOF de doble hélice, en forma parcialmente oxidada, puede conducir electricidad que potencialmente lo convierte en un semiconductor de próxima generación.
Los hallazgos del equipo se describen en el artículo titulado "El advenimiento de estructuras metálicas orgánicas de doble hélice eléctricamente conductoras con ligandos de tetratiafulvaleno π extendidos con forma de mariposa, ricos en electrones," "que se publicó el 18 de marzo de 2020, como el artículo de portada en Materiales e interfaces aplicados , una revista publicada por la American Chemical Society.
Los MOF consisten en una serie de iones metálicos conectados por ligandos orgánicos. Diseñado atómicamente con gran precisión, poseen unidades repetitivas muy ordenadas que suelen constituir estructuras porosas.
Desde que se construyó el primer MOF hace más de 20 años, investigadores de todo el mundo han creado más de 20, 000 MOF diferentes elaborados con una variedad de metales y ligandos orgánicos.
Según el profesor asociado de química Sourav Saha, la mayoría de los MOF existentes están hechos de ligandos lineales o planos. Sin embargo, Saha y su equipo introdujeron una forma de mariposa, ligando convexo en un MOF, lo que resultó en una nueva estructura de doble hélice capaz de conducir electricidad una vez oxidada parcialmente por las moléculas de yodo huésped.
"Este ligando de tetratiafulvaleno extendido (ExTTF) en forma de mariposa es conocido por la comunidad química desde hace un tiempo, pero no se había incorporado a un MOF antes, ", Dijo Saha." Al introducirlo en un MOF de doble hélice, podríamos crear vías de transporte de carga únicas en forma de S que corren a lo largo de las costuras de las hebras vecinas. Cuando los ligandos ExTTF de un lado de cada hebra de doble hélice se oxidan con yodo y los del otro lado permanecen neutrales, forman cadenas de transferencia de carga intermoleculares a lo largo de las costuras. Los electrones pueden fluir a lo largo de esta vía de forma intermolecular, haciendo que el MOF sea más conductivo ".
Los investigadores de química de Clemson demostraron recientemente una nueva estructura MOF de doble hélice capaz de conducir electricidad. Los miembros del equipo son (de derecha a izquierda) las estudiantes de posgrado Paola Benavides y Monica Gordillo, miembro de la facultad Sourav Saha, y el investigador postdoctoral Dillip Panda. Crédito:Clemson College of Science
La estudiante graduada de química Mónica Gordillo en el grupo de investigación del Dr. Saha sintetizó el MOF de doble hélice a través de un método solvotermal, mezclando una sal de zinc y el ligando ExTTF en cierta proporción. Luego calentó la mezcla en un horno a unos 65 grados centígrados durante 24 horas.
"Tenemos estos hermosos cristales anaranjados en forma de placa, "Dijo Gordillo." Para lograr este apasionante material, ajustamos las condiciones de esta síntesis, cambiando la proporción de disolventes, relación de ligandos a los iones metálicos (zinc) y la temperatura ".
Para crear una vía de transporte de carga capaz de conducir electricidad, ella difundió vapor de yodo en el MOF poroso, causando que una hebra se vuelva deficiente en electrones mientras que la otra permaneció rica en electrones.
Los MOF conductores de electricidad pueden tener algunas ventajas sobre los semiconductores inorgánicos convencionales hechos de silicio, galio, o arseniuro, que son omnipresentes en las puertas lógicas, chips de memoria, y otras aplicaciones electrónicas. Por ejemplo, Los semiconductores convencionales se sintetizan a temperaturas entre 500 y 1, 000 grados centígrados.
"Por otra parte, Los MOF se pueden fabricar de una manera más eficiente desde el punto de vista energético que los semiconductores inorgánicos, "Saha dijo." Se pueden sintetizar en cualquier lugar entre la temperatura ambiente y 150 grados Celsius, manteniendo la estructura cristalina altamente ordenada que tienen los semiconductores convencionales ".
Saha y su equipo planean continuar desarrollando nuevas arquitecturas MOF con diferentes geometrías, composiciones, y funciones que pueden tener aplicaciones en futuros dispositivos electrónicos y de conversión y almacenamiento de energía.
