Las nanoláminas de coordinación son una clase nueva y emergente de materiales bidimensionales, que está ganando importancia rápidamente en el campo de los nanomateriales. Consisten en iones metálicos y moléculas de ligandos orgánicos, unidos entre sí para formar un marco, a través de enlaces de coordinación. Estas nanohojas actúan como bloques de construcción, que se pueden mezclar y combinar para producir una gran variedad de estructuras planas, con aplicaciones potenciales en dispositivos electrónicos, baterías y sistemas catalíticos.

En 2013, se descubrió el bencenohexatiolato (BHT) como un poderoso ligando orgánico en nanoláminas de coordinación. Se observó que al cambiar el elemento utilizado en los centros metálicos, es posible crear nanoláminas basadas en BHT con propiedades estructurales muy diferentes.

Sin embargo, la síntesis de nanohojas de coordinación basadas en BHT a través de procesos basados ​​en soluciones ha demostrado ser un desafío, lo cual es bastante desafortunado debido a la viabilidad económica y la escalabilidad de tales enfoques. Las nanoláminas resultantes carecen de cristalinidad, lo que indica la formación de pequeños dominios cristalinos con un control de orientación deficiente. Estas deficiencias estructurales dificultan el rendimiento de la nanohoja y limitan a los científicos a la hora de estudiar las relaciones estructura-propiedad de la nanohoja.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Hiroshi Nishihara de la Universidad de Ciencias de Tokio (TUS) Japón, ha investigado si las nanoláminas de coordinación basadas en BHT desarrolladas mediante la introducción de dos iones metálicos podrían superar los desafíos antes mencionados, en un nuevo estudio, publicado en Materiales avanzados , financiado por la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia y la Fundación White Rock. Para hacerlo, el equipo, que también incluía al Dr. Ryojun Toyoda y al Dr. Naoya Fukui de TUS, al profesor Henning Sirringhaus de la Universidad de Cambridge y al profesor Sono Sasaki del Instituto de Tecnología de Kioto, preparó películas de nanoláminas heterometálicas en una temperatura líquida. interfaz líquida, al cambiar la relación de mezcla de dos iones metálicos:cobre (Cu) y níquel (Ni), en una solución acuosa. En pocas palabras, vertieron una solución acuosa que contenía estos dos iones metálicos en una solución orgánica que contenía un precursor de BHT.

Para su sorpresa, encontraron que se había formado una nueva fase estructural en la interfaz entre las dos fases, con proporciones intermedias de níquel y cobre. Además, encontraron que este NiCu₂ ¡La película BHT poseía una cristalinidad mucho más alta que las películas de cobre puro y níquel!

El Dr. Nishihara y su equipo estaban especialmente entusiasmados con estos hallazgos, porque este enfoque normalmente produce nanoláminas con poca cristalinidad.

"Nuestros resultados indican que las nanoláminas crecen en una dirección específica y con una composición fija, NiCu₂ BHT, en la interfaz líquido-líquido cuando los dos iones metálicos se mezclan en una proporción adecuada", explica el profesor Nishihara. "Es extraordinario que una mezcla tan simple de diferentes iones metálicos diera como resultado una estructura única con periodicidad 2D y cristalinidad mejorada, incluso en extensiones relativamente gruesas", añade.

Con un aumento en la cristalinidad, también se observaron mejoras notables en el rendimiento de estas nanoláminas heterometálicas. Las mediciones de conductividad eléctrica junto con el análisis de la morfología de la película mediante técnicas de microscopía electrónica revelaron que estas películas tienen energías de activación más bajas y conductividades más altas que las películas de cobre. De hecho, los investigadores observaron conductividades de hasta 1300 S/cm con una dependencia de la temperatura similar a la de los buenos conductores metálicos. ¡Estas observaciones son notables ya que dichos valores se encuentran entre los más altos observados para nanohojas de coordinación 2D!

Finalmente, el equipo analizó los mecanismos subyacentes que llevaron a esta mejora en el orden cristalino y sugirió que NiCu₂ Las películas BHT pueden organizarse naturalmente en una estructura bicapa que libera la tensión estructural del material.

"Es razonable suponer que una estructura bicapa es una fase estructural más favorable para las nanoláminas de coordinación heterometálicas basadas en BHT, en lugar de las estructuras distorsionadas de las películas homometálicas correspondientes. En general, nuestros hallazgos abren un nuevo y poderoso camino para mejorar la cristalinidad y el ajuste. de las propiedades funcionales de las nanohojas de coordinación altamente conductoras para una amplia gama de aplicaciones de dispositivos". dice el Dr. Nishihara, mientras discute sus hallazgos. + Explora más

Creación en el agua de nanoláminas conductoras de estructuras metalorgánicas