Figura 1. Struttura chimica del MOF legato a Ni(II) tetraaza[14]annulene drogato con iodio (NiTAA-MOF). Mentre NiTAA-MOF è un isolante, la molecola ossidata acquisisce conduttività elettrica e paramagnetismo. Credito:Istituto per le scienze di base
Chimici presso il Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), all'interno dell'Istituto per le Scienze di Base (IBS, Corea del Sud), hanno riportato la sintesi di un nuovo tipo di struttura metallica organica (MOF) 2-D con interessanti proprietà magnetiche e conduttività elettrica. Pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana , questo nuovo materiale potrebbe potenzialmente contribuire all'optoelettronica, fotovoltaico, (foto)elettrocatalisi, e accumulo di energia.
Conosciuti anche come materiali simili alla spugna o al formaggio svizzero, I MOF sono costituiti da ioni metallici collegati a ligandi organici e sono caratterizzati da fori di dimensioni nanometriche. I ricercatori IBS in collaborazione con la School of Materials Science presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hanno progettato e sintetizzato MOF legato a Ni(II) tetraaza[14]annulene (NiTAA-MOF), dove il componente metallico è il nichel e le molecole di nichel tetraaza[14]annulene vengono utilizzate per la prima volta come elementi costitutivi del MOF.
I ricercatori hanno scoperto che il drogaggio di questo MOF con iodio ne modifica la conduttività e il magnetismo. Pristine NiTAA-MOF conduce male. In realtà è un isolante con una conducibilità elettrica inferiore a 10-10 Siemens per centimetro. Però, quando è ossidato chimicamente dallo iodio, la stessa misura sale a 0,01 Siemens per centimetro (maggiore è questo numero, migliore è il conduttore). Questo risultato mostra il ruolo vitale dell'ossidazione del ligando nella conduttività elettrica di alcuni MOF 2-D, ampliando la comprensione dell'origine della conduttività elettrica in questo tipo di MOF.
Figura 2. Conducibilità elettrica e proprietà magnetiche del NiTAA-MOF drogato con iodio. a) Conducibilità elettrica in funzione della temperatura. b) La magnetizzazione aumenta al diminuire della temperatura, una caratteristica tipica dei materiali paramagnetici. Credito:Istituto per le scienze di base
Inoltre, il team ha verificato come questo materiale viene magnetizzato in un campo magnetico applicato. Le misurazioni della magnetizzazione eseguite dai ricercatori della School of Materials Science hanno mostrato che il NiTAA-MOF drogato con iodio è paramagnetico, cioè è debolmente attratto da un campo magnetico esterno, e diventa antiferromagnetico a temperature molto basse. Ciò significa che potrebbe diventare utile come agente polarizzante nella risonanza magnetica nucleare-polarizzazione nucleare dinamica (DNP-NMR) utilizzata negli esperimenti per la caratterizzazione dei materiali.
La struttura MOF 2-D è stata anche modellata attraverso calcoli dettagliati e analizzata con una varietà di metodi, come la diffrazione dei raggi X, infrarossi, fotoelettrone a raggi X, riflettanza diffusa UV-vis, risonanza paramagnetica elettronica, e spettroscopie Raman.
"Il nostro lavoro può contribuire alla comprensione fondamentale delle relazioni struttura-proprietà nei MOF 2-D elettricamente conduttivi, e potrebbe aprire la strada allo sviluppo di nuovi MOF elettricamente conduttivi, "dice il professor Ruoff, uno degli autori corrispondenti di questo studio e professore dell'UNIST. "Oltretutto, il NiTAA-MOF come sintetizzato e drogato con iodio potrebbe essere applicabile nei imitatori della catalasi, catalisi, e l'accumulo di energia".
