As nanofolhas de coordenação são uma classe nova e emergente de materiais bidimensionais, ganhando rapidamente importância no campo dos nanomateriais. Eles consistem em íons metálicos e moléculas orgânicas ligantes, ligadas entre si para formar uma estrutura, por meio de ligações de coordenação. Essas nanofolhas atuam como blocos de construção, que podem ser misturados e combinados para produzir uma grande variedade de estruturas planares, com aplicações potenciais em dispositivos eletrônicos, baterias e sistemas catalíticos.
Em 2013, o benzenohexatiolato (BHT) foi descoberto como um poderoso ligante orgânico em nanofolhas de coordenação. Observou-se que ao mudar o elemento utilizado nos centros metálicos, é possível criar nanofolhas à base de BHT com propriedades estruturais muito diferentes.

No entanto, a síntese de nanofolhas de coordenação baseadas em BHT por meio de processos baseados em solução provou ser um desafio, o que é bastante lamentável devido à viabilidade econômica e escalabilidade de tais abordagens. As nanofolhas resultantes carecem de cristalinidade, indicando a formação de pequenos domínios cristalinos com pobre controle de orientação. Essas deficiências estruturais prejudicam o desempenho da nanofolha e limitam os cientistas de estudar as relações estrutura-propriedade da nanofolha.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Hiroshi Nishihara da Tokyo University of Science (TUS) Japão, investigou se nanofolhas de coordenação baseadas em BHT desenvolvidas pela introdução de dois íons metálicos poderiam superar os desafios mencionados, em um novo estudo, publicado em Materiais Avançados , financiado pela Agência de Ciência e Tecnologia do Japão, pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência e pela Fundação White Rock. Para isso, a equipe, que também incluiu o Dr. Ryojun Toyoda e o Dr. Naoya Fukui da TUS, e o professor Henning Sirringhaus da Universidade de Cambridge, e o professor Sono Sasaki do Kyoto Institute of Technology, prepararam filmes de nanofolhas heterometálicas em um interface líquida, alterando a proporção de mistura de dois íons metálicos - cobre (Cu) e níquel (Ni), em uma solução aquosa. Simplificando, eles derramaram uma solução aquosa contendo esses dois íons metálicos em uma solução orgânica contendo um precursor de BHT.

Para sua surpresa, eles descobriram que uma nova fase estrutural havia se formado na interface entre as duas fases, com proporções intermediárias de níquel e cobre. Além disso, eles descobriram que este NiCu₂ O filme BHT possui uma cristalinidade muito maior do que os filmes puros de cobre e níquel!

Dr. Nishihara e sua equipe ficaram especialmente entusiasmados com essas descobertas, porque tal abordagem normalmente produz nanofolhas com baixa cristalinidade.

"Nossos resultados indicam que as nanofolhas crescem em uma direção específica e com uma composição fixa, NiCu₂ BHT, na interface líquido-líquido quando os dois íons metálicos são misturados em uma proporção apropriada", explica o Prof. Nishihara. "É extraordinário que uma mistura tão simples de diferentes íons metálicos resultou em uma estrutura única com periodicidade 2D e cristalinidade aprimorada, mesmo em filmes relativamente espessos", acrescenta.

Com o aumento da cristalinidade, melhorias notáveis ​​também foram observadas no desempenho dessas nanofolhas heterometálicas. Medidas de condutividade elétrica juntamente com a análise da morfologia do filme por meio de técnicas de microscopia eletrônica revelaram que esses filmes possuem energias de ativação mais baixas e condutividades mais altas que os filmes de cobre. De fato, os pesquisadores observaram condutividades de até 1300 S/cm com uma dependência da temperatura semelhante à de bons condutores metálicos. Essas observações são notáveis, pois tais valores estão entre os mais altos a serem observados para nanofolhas de coordenação 2D!

Por fim, a equipe analisou os mecanismos subjacentes que levaram a essa melhoria na ordem cristalina e sugeriu que o NiCu₂ Os filmes de BHT podem se organizar naturalmente em uma estrutura de bicamada que libera a tensão estrutural do material.

"É razoável supor que uma estrutura de bicamada é uma fase estrutural mais favorável para nanofolhas heterometálicas de coordenação baseadas em BHT, em vez das estruturas distorcidas dos filmes homometálicos correspondentes. No geral, nossas descobertas abrem um novo caminho poderoso para melhorar a cristalinidade e o ajuste das propriedades funcionais de nanofolhas de coordenação altamente condutoras para uma ampla gama de aplicações de dispositivos." diz o Dr. Nishihara, enquanto discute suas descobertas. + Explorar mais

Criação na água de nanofolhas condutoras de estrutura metal-orgânica