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Uma equipe de químicos da Clemson University construiu uma nova estrutura metal-orgânica (MOF) eletricamente condutora bidimensional, um avanço que pode ajudar no avanço da eletrônica moderna e das tecnologias de energia.
MOFs são arquiteturas de tamanho nano, que se assemelham a edifícios em miniatura feitos de íons metálicos ligados por ligantes orgânicos. As estruturas são em sua maioria ocas e porosas com uma quantidade extraordinária de espaço de superfície interna. Como resultado, os MOFs podem armazenar moléculas hóspedes, catalisar reações químicas e administrar drogas de maneira controlada.
Certos MOFs podem até conduzir eletricidade, tornando-os possíveis semicondutores da próxima geração.
“Precisamos de novos materiais para semicondutores para tecnologias eletrônicas e de energia, e essa classe de materiais tem mostrado grande potencial”, disse Sourav Saha, professor associado do Departamento de Química, que liderou o estudo. “Esses materiais (MOFs) são muito mais fáceis de sintetizar, processar e ajustar suas propriedades eletrônicas e ópticas do que os semicondutores inorgânicos tradicionais.”
O maior obstáculo para obter alta condutividade da estrutura é sua porosidade.
“É realmente desafiador tornar os materiais porosos eletricamente condutores porque as cargas não fluem pelos poros ou pelo espaço vazio”, disse Saha. “Esse é o Santo Graal. Esse é o principal desafio do campo.”
Os químicos adotam diferentes estratégias para tornar esses materiais eletricamente condutores. As cargas podem fluir através de ligações químicas ou através de espaços estreitos entre os ligantes orgânicos.
“Normalmente, a maioria desses MOFs que são eletricamente condutores têm caminhos de condução através da ligação ou do espaço. O que conseguimos aqui foi combinar esses dois caminhos em um único material 2D”, disse ele.
O novo MOF tem condutividade 10 a 15 vezes maior do que o MOF pai que não possui tais caminhos eficientes de condução fora do plano.
“O trabalho do Dr. Saha está ajudando a cumprir a promessa que os materiais de estrutura metal-orgânica oferecem para melhorar uma ampla gama de tecnologias, incluindo baterias, células solares e produção química e farmacêutica. Sua introdução inteligente de condutividade elétrica nesses materiais de estrutura aberta é um tour-de-force do design molecular. É emocionante ver esses avanços emergirem do empreendimento de pesquisa de Clemson”, disse Stephen Creager, reitor associado e professor de química na Faculdade de Ciências.
Subsídios da National Science Foundation apoiaram esta pesquisa.
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