MOF材料！德国发明适用于电子产品的金属有机骨架化合物

在左侧是2D MOF膜的透射电子显微镜图像（比例尺：2纳米）; 在右侧是MOF结构的示意图（灰色、黄色和橙色分别是碳，硫和铁原子）

科学家首次确切地观察到有机基材料中的带状电子传输，即金属有机骨架化合物（发表在《Nature Materials》杂志上的文章题目为“High-mobility band-like charge transport in a semiconducting two-dimensional metal–organic framework”）。这种半导体特性及其具有的成本效益为未来使用金属有机骨架化合物）作为电子器件中的活性材料开辟了道路。

无机半导体（如硅、锗或砷化镓）是现代电子产品的核心，它们目前广泛应用于计算机芯片、LED和太阳能电池上面。无机半导体是高纯度的结晶并且是有序的材料，这些特征使得它们在施加外部电压（通过施加电压）下是良好的导电体。

这些材料也具有缺点，它们的高结晶度和纯度是通过高温处理得到，因此它们生产起来非常昂贵。低成本的替代方案是有机基半导体，例如，聚合物这些材料可以在室温下得到。

然而，低温处理通常与样品中缺陷和无序状态的存在有关，这些特征严重损害了有机半导体的电学性能，大多数有机基材料是的绝缘体。

该团队EnriqueCánovas（领导者）带领（IMDEA Nanociencia和MPI-P）的科学家们开发了一种新型金属有机骨架（MOF）材料，这是一种在室温下制成的有机基材料，该材料表现了显着的无机半导体特性。这些结果为探索MOF材料作为电子设备中的活性元件开辟了道路。

过去生产的MOF材料虽然是结晶得到的，但没有或几乎没有导电性，这主要是由于所用的有机配体与金属中心配位的绝缘特性。由Dresden的冯教授小组领导制作的新MOF材料也是一种高度结晶的固体，但该材料是从导电的有机配体中获得，并且这些配体与平面原子金属点形成配位。

在室温下原材料自组装成高度有序的二维（2D）半导体材料（具有原子厚度的结构）。我们期望该材料的平面几何形状有助于在2D平面内传输电流。

由Cánovas博士领导的小组通过太赫兹（THz）光谱技术检测了该新型2D MOF材料。太赫兹（THz）光谱技术是一种在非常快时间尺度（10-12秒）内测量样品电导率的工具（测量距离短至10- 9米的电流）。

这些方面使THz光谱技术能够评估新型2D MOF材料中电导率与频率的相关性，实验结果证明它遵循“德鲁德模型”行为，例如在高度结晶的硅中就能观察到该行为。

来自IMDEA Nanoscience的Enrique Canovas博士说：“通过THz光谱技术在新的2D MOF材料中的应用，我们根据德鲁德的反应推断出该材料的电子迁移率超过先前的值，与绝缘MOF材料相比提高了10000倍。”

“德鲁德”行为意味着当施加电压时，电子可以非常容易地在非常长的距离上发生移位。这些结果在多种新型应用中开发低成本MOF材料开辟了道路，因为在这些应用中需要电子的长程运动（例如在电子设备中）。

该研究是德国、保加利亚和西班牙科学家的联合合作。德累斯顿技术大学、马克斯普朗克聚合物研究所、马克斯普朗克固体化学物理研究所、德累斯顿的亥姆霍兹中心、莱比锡的Wilhem-Ostwald物理与理论化学研究所、索非亚大学和马德里的高级研究所IMDEA Nanociencia为这项工作做出了贡献。

注：

太赫兹（THz）光谱技术：该技术不仅信噪比高，能够迅速地对样品组成的细微变化作出分析和鉴别，而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，使它能够对半导体、电介质薄膜及体材料的物理信息进行快速准确的测量。鉴于THz射线的特点，必将给通信、雷达、天文、医学成像、生物化学物品鉴定、材料学、安全检查等领域带来深远的影响，进而改变人们的生产生活。