Figura 1. Estrutura química do MOF ligado a anuleno dopado com iodo (II) tetraaza [14] (NiTAA-MOF). Embora NiTAA-MOF seja um isolante, a molécula oxidada adquire condutividade elétrica e paramagnetismo. Crédito:Institute for Basic Science
Químicos do Centro de Materiais Multidimensionais de Carbono (CMCM), dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul), relataram a síntese de um novo tipo de estrutura orgânica metálica 2-D (MOF) com condutividade elétrica e propriedades magnéticas interessantes. Publicado no Jornal da American Chemical Society , este novo material pode contribuir potencialmente para a optoeletrônica, fotovoltaica, (foto) eletrocatálise, e armazenamento de energia.
Também conhecidos como materiais semelhantes a esponja ou queijo suíço, MOFs são feitos de íons metálicos conectados a ligantes orgânicos e são caracterizados por orifícios de tamanho nano. Os pesquisadores do IBS em colaboração com a Escola de Ciência de Materiais do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) projetaram e sintetizaram o MOF ligado ao anuleno de Ni (II) tetraaza [14] (NiTAA-MOF), onde o componente de metal é o níquel e as moléculas de níquel tetraaza [14] anuleno são usadas como blocos de construção de MOF pela primeira vez.
Os pesquisadores descobriram que a dopagem desse MOF com iodo altera sua condutividade e magnetismo. O NiTAA-MOF puro tem um desempenho ruim. Na verdade, é um isolante com uma condutividade elétrica menor que 10-10 Siemens por centímetro. Contudo, quando é quimicamente oxidado por iodo, a mesma medição sobe para 0,01 Siemens por centímetro (quanto maior for este número, melhor será o condutor). Este resultado mostra o papel vital da oxidação do ligante na condutividade elétrica de alguns MOFs 2-D, expandindo a compreensão da origem da condutividade elétrica neste tipo de MOFs.
Figura 2. Condutividade elétrica e propriedades magnéticas de NiTAA-MOF dopado com iodo. a) Condutividade elétrica em função da temperatura. b) A magnetização aumenta com a diminuição da temperatura, uma característica típica de materiais paramagnéticos. Crédito:Institute for Basic Science
Além disso, a equipe verificou como esse material se torna magnetizado em um campo magnético aplicado. As medições de magnetização realizadas pelos pesquisadores da School of Materials Science mostraram que NiTAA-MOF dopado com iodo é paramagnético, ou seja, é fracamente atraído por um campo magnético externo, e se torna antiferromagnético em temperaturas muito baixas. Isso significa que ele pode se tornar útil como um agente de polarização em polarização nuclear dinâmica-ressonância magnética nuclear (DNP-NMR) que é usado em experimentos para caracterização de materiais.
A estrutura do MOF 2-D também foi modelada por meio de cálculos detalhados e analisada por uma variedade de métodos, como difração de raios-X, infravermelho, Fotoelétron de raios-X, refletância difusa UV-vis, ressonância paramagnética de elétrons, e espectroscopias Raman.
"Nosso trabalho pode contribuir para a compreensão fundamental das relações estrutura-propriedade em MOFs 2-D eletricamente condutores, e pode abrir caminho para o desenvolvimento de novos MOFs eletricamente condutores, "diz o professor Ruoff, um dos autores correspondentes deste estudo e professor da UNIST. "Além do mais, o NiTAA-MOF dopado com iodo e sintetizado pode ser aplicável em mimetizadores de catalase, catálise, e armazenamento de energia. "
