Pesquisadores do Instituto de Engenharia de Processos (IPE) da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Kyoto propuseram uma estratégia para cultivar nanofilmes de estruturas metal-orgânicas condutoras (cMOF) "frontais" e "de ponta" em substratos, controlando o comportamentos "stand-up" de ligantes em diversas superfícies para superar a dificuldade no controle de orientação de tais filmes.



Eles estabeleceram uma metodologia de caracterização operando usando microscopia de força atômica e raios X para demonstrar a suavidade dos nanofilmes cristalinos e revelar suas funções condutoras únicas. O estudo foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences em 25 de setembro.

Os cMOFs têm grande potencial para uso em dispositivos elétricos modernos devido à sua natureza porosa e à capacidade de conduzir cargas em uma rede regular. Os cMOFs aplicados em dispositivos elétricos normalmente hibridizam com outros materiais, principalmente substratos. Portanto, controlar com precisão a interface entre um cMOF e um substrato é crucial.

No entanto, a química de interface inexplorada dos cMOFs torna a síntese controlada e a caracterização avançada de filmes finos de alta qualidade particularmente desafiadoras. Especificamente, em contraste com o alinhamento "lateral" antecipado dos planos 2D decorrentes da borda hidrofílica -OH e do núcleo hidrofóbico de trifenileno, a orientação observada experimentalmente é, de fato, a configuração "face-on" dos planos 2D nos substratos.

"O desafio reside em induzir a alta pressão superficial necessária para alcançar uma configuração 'em pé' do núcleo, "disse o Prof. Yao Mingshui do IPE, primeiro autor do estudo.

Na técnica de Langmuir-Blodgett (LB), ligantes com núcleo hidrofóbico e borda hidrofílica podem adotar uma orientação vertical em superfícies hidrofílicas quando submetidos a alta pressão superficial.

"Inspirados pelos comportamentos de 'posição em pé', empregamos concentração ultra-alta, juntamente com evaporação vigorosa durante a pulverização, para criar uma alta pressão superficial local única que pode induzir a 'posição em pé' de HHTP (HHTP =2,3,6 ,7,10,11-hexahidrotrifenileno) Consequentemente, os filmes finos 'face-on' e 'edge-on' podem ser fabricados", disse o professor Kenichi Otake da Universidade de Kyoto, autor correspondente do estudo.

Várias análises confiáveis ​​​​foram realizadas para verificar a cristalinidade e orientação dos filmes com espessura ultrafina variando de alguns nanômetros a dezenas de nanômetros.

"A imagem operando GIWAXS e o monitoramento elétrico revelaram a suavidade da estrutura anisotrópica associada à condutividade elétrica no nanofilme cMOF. Isso responde à questão de saber se o Cu-HHTP geralmente considerado rígido pode ser macio, "disse o Prof. Susumu Kitagawa da Universidade de Kyoto, autor correspondente do estudo. Além das interações redox, foi confirmado que a suavidade estrutural modula a condutividade elétrica de forma anisotrópica.

Mais informações: Ming-Shui Yao et al, Mecanismos de crescimento e condutividade dependente de suavidade anisotrópica de nanofilmes de estrutura metal-orgânica com orientação controlável, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI:10.1073/pnas.2305125120
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

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