Gli scienziati sviluppano una semplice strategia per migliorare le proprietà strutturali dei nanosheet di coordinazione mescolando insieme due soluzioni di ioni metallici, utilizzando un potente ligando organico. Credito:Università delle scienze di Tokyo
I nanosheet di coordinamento sono una classe nuova ed emergente di materiali bidimensionali, che sta rapidamente acquisendo importanza nel campo dei nanomateriali. Sono costituiti da ioni metallici e molecole di leganti organici, collegati tra loro per formare una struttura, tramite legami di coordinazione. Questi nanosheet fungono da elementi costitutivi, che possono essere mescolati e abbinati per produrre un'ampia varietà di strutture planari, con potenziali applicazioni in dispositivi elettronici, batterie e sistemi catalitici.
Nel 2013, il benzenehexatiolato (BHT) è stato scoperto come un potente ligando organico nei nanosheet di coordinazione. È stato osservato che cambiando l'elemento utilizzato nei centri metallici, è possibile creare nanosheet a base di BHT con proprietà strutturali molto diverse.
Tuttavia, la sintesi di nanosheet di coordinamento basati su BHT tramite processi basati su soluzioni si è rivelata impegnativa, il che è piuttosto sfortunato a causa della fattibilità economica e della scalabilità di tali approcci. I nanosheet risultanti mancano di cristallinità, indicando la formazione di piccoli domini cristallini con scarso controllo dell'orientamento. Queste carenze strutturali ostacolano le prestazioni del nanosheet e limitano gli scienziati dallo studio delle relazioni struttura-proprietà del nanosheet.
Ora, un team di ricercatori guidato dal professor Hiroshi Nishihara della Tokyo University of Science (TUS) in Giappone, ha studiato se i nanosheet di coordinazione basati su BHT sviluppati dall'introduzione di due ioni metallici potrebbero superare le suddette sfide, in un nuovo studio, pubblicato su Materiali avanzati , finanziato dalla Japan Science and Technology Agency, dalla Japan Society for the Promotion of Science e dalla White Rock Foundation. Per fare ciò, il team, che comprendeva anche il Dr. Ryojun Toyoda e il Dr. Naoya Fukui del TUS, e il Professor Henning Sirringhaus dell'Università di Cambridge e il Professor Sono Sasaki del Kyoto Institute of Technology, hanno preparato film di nanofoglio eterometallici in un liquido- interfaccia liquida, modificando il rapporto di miscelazione di due ioni metallici:rame (Cu) e nichel (Ni), in una soluzione acquosa. In poche parole, hanno versato una soluzione acquosa contenente questi due ioni metallici su una soluzione organica contenente un precursore del BHT.
Con loro sorpresa, hanno scoperto che si era formata una nuova fase strutturale all'interfaccia tra le due fasi, con rapporti intermedi di nichel e rame. Inoltre, hanno scoperto che questo NiCu2 Il film BHT possedeva una cristallinità molto più elevata rispetto ai film di rame e nichel puro!
Il Dr. Nishihara e il team erano particolarmente entusiasti di questi risultati, perché un tale approccio normalmente produce nanosheet con scarsa cristallinità.
"I nostri risultati indicano che i nanosheet crescono in una direzione specifica e con una composizione fissa, NiCu2 BHT, all'interfaccia liquido-liquido quando i due ioni metallici vengono miscelati in un rapporto appropriato", spiega il Prof. Nishihara. "È straordinario che una tale semplice miscelazione di diversi ioni metallici abbia prodotto una struttura unica con periodicità 2D e maggiore cristallinità, anche in film relativamente spessi", aggiunge.
Con un aumento della cristallinità, sono stati osservati notevoli miglioramenti anche nelle prestazioni di questi nanosheet eterometallici. Le misurazioni della conducibilità elettrica, insieme all'analisi della morfologia del film mediante tecniche di microscopia elettronica, hanno rivelato che questi film hanno energie di attivazione inferiori e conduttività più elevate rispetto ai film di rame. Infatti, i ricercatori hanno osservato conducibilità fino a 1300 S/cm con una dipendenza dalla temperatura simile a quella dei buoni conduttori metallici. Queste osservazioni sono notevoli poiché tali valori sono tra i più alti osservabili per i nanosheet di coordinamento 2D!
Infine, il team ha analizzato i meccanismi sottostanti che hanno portato a questo miglioramento dell'ordine cristallino e ha suggerito che NiCu2 I film BHT possono naturalmente organizzarsi in una struttura a doppio strato che rilascia la deformazione strutturale del materiale.
"È ragionevole presumere che una struttura a doppio strato sia una fase strutturale più favorevole per i nanosheet di coordinazione eterometallici basati su BHT, piuttosto che le strutture distorte dei corrispondenti film omometallici. Nel complesso, i nostri risultati aprono un nuovo potente percorso per migliorare la cristallinità e l'ottimizzazione delle proprietà funzionali di nanosheet di coordinazione altamente conduttivi per un'ampia gamma di applicazioni di dispositivi." dice il dottor Nishihara, mentre discute le sue scoperte. + Esplora ulteriormente
