客户端

新材料在线APP下载

寻材问料下载

开通会员

精彩推荐

会员享研报折扣价、看项目BP、约投资人、每日在通讯录加更多好友等特权

开通会员 查看会员特权

登录/注册

热门媒体号

热门企业号

研究人员制成多孔网状可控金属有机骨架MOFs,有望成为下一代电池核心材料

来源:材料科技在线|

发表时间:2018-08-29

点击:11767

MOFs - 或金属有机骨架-是高度可定制的多孔网络固体,具有多种尺寸的孔洞,可以吸引和容纳各种化学成分,如二氧化碳,甲烷和氢气。正是这种多样化的特殊性使得MOF在下一代电池和捕获碳应用中具有巨大而且持续增长的的潜力。


尽管它们具有许多好的性能,开放的多孔结构能够存贮电子。但是对于通过电子自由地与离子(带电粒子)一起流动以产生电流的应用来说并不理想。


现在,由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的研究人员领导的研究小组开发了一种制作导电MOF的技术,该技术也可用于提高其他MOF的导电性。这项工作在Nature Materials中报道(题目为"Electron delocalization and charge mobility as a function of reduction in a metal–organic framework")。


左图是铁BDP MOF晶体的扫描电子显微镜(SEM)图像; 在右边,铁BDP MOF单晶器件与铂微电极阵列结合。(图片:伯克利实验室)


为解决MOF固有的低导电性问题,研究人员在铁苯二甲酸酯(BDP)MOF中添加了钾化学混合物。然后,在该反应过程中产生的额外电子可以进入MOF的铁中心,并通过沿着棒状晶体的一个晶轴的长度跳跃来导电。铁中心就像一根能够导电的电线。


大多数MOF在遇到钾时会降解,但铁BDP MOF具有强大的三角形通道,这些通道在一系列测试中保持不变,每次反应都会增加材料的电子数,直到达到该材料的最大电导率,从而产生导电的MOF比与钾反应前好10,000倍。


加州大学伯克利分校化学与化学与生物分子工程实验室和教授,曾担任该研究的主要作者,伯克利材料科学部高级教员科学家Jeffrey Long说道:“令人震惊的是,这种结构一旦被纳入微米尺寸的类似晶体管的装置,就可以测量随着每次连续钾反应而增加的电子数。”


另一个挑战是增加MOF,使它们的原子首先完全对齐 - 电子需要在直线路径上行进来发电 - 然后连接这些微米尺寸的器件来测量它们的电导率。


Long教授说道“这非常难以做到”。“我们无法生长出这种的非常大的MOF晶体,并且晶体生长的尺寸和形状使得难以将它们连接到器件中。 但是我们找到了解决方法。”


与伯克利实验室材料科学部高级教师科学家,加州大学伯克利分校化学与材料科学与工程教授Peidong Yang的实验室合作,研究人员在MOF水晶的两侧放置了铂金触点,仅为10微米长 - 两个红血球的长度并排排列。新创建的MOF是Long的实验室继2009年首次报道的工作的延续。


加州大学伯克利分校Long研究员的前研究生Michael Aubrey说道。 现在是斯坦福大学的博士后研究员表示“这种MOF不仅具有非常高的导电性,而且其中心的铁链可以很容易地转化为其他MOF而不会失去很大的导电性。”


模拟MOF的电子结构由伯克利实验室Molecular Foundry主任Jeff Neaton领导,该实验室是DOE科学办公室,专门从事纳米科学研究。衍射工作在阿贡国家实验室的高级光子源进行。这种高导电性3D MOF的早期演示对于将来用作电池,超级电容器和燃料电池的通用材料很有前景。它也可以结合到现有的复合材料中,以将它们转变成多孔导体。而且由于钾还原MOF的有机成分可以在不损害稳定性或电子迁移率的情况下进行切换,因此它也可用于制备催化剂和电解质的不同化合物。


Long表示,随着研究人员展望“进一步提高电导率”,MOF的未来可能会更加光明。 “如果我们能够使电子在一维方向上移动的材料具有这种水平的导电性,我们希望有一天能够产生具有二维或三维电子移动的MOF,这将扩大其在电子和电池应用中的潜力。”


原文来自:Nanowerk,原文题目:Getting a charge out of MOFs,由材料科技在线团队翻译整理。


“本文由新材料在线®平台入驻媒体号材料科技在线提供,观点仅代表作者本人,不代表本网站及新材料在线®立场,本站不对文章内容真实性、准确性等负责,尤其不对文中产品有关功能性、效果等提供担保。本站提醒读者,文章仅供学习参考,不构成任何投资及应用建议。如需转载,请联系原作者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请与我们联系,我们将在第一时间处理!本站拥有对此声明的最终解释权。”

点击咨询

客服

下载APP

公众号

让客服与您联系

留下您的联系方式,让客服为您提供专属服务

关闭