Figure 1. Structure chimique du MOF lié au tétraaza[14]annulène dopé à l'iode (NiTAA-MOF). Alors que NiTAA-MOF est un isolant, la molécule oxydée acquiert une conductivité électrique et un paramagnétisme. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Chimistes du Centre des matériaux carbonés multidimensionnels (CMCM), au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud), ont rapporté la synthèse d'un nouveau type de charpente organique métallique (MOF) 2-D avec une conductivité électrique et des propriétés magnétiques intéressantes. Publié dans le Journal de l'American Chemical Society , ce nouveau matériau peut potentiellement contribuer à l'optoélectronique, photovoltaïque, (photo)électrocatalyse, et le stockage d'énergie.
Également connus sous le nom de matériaux spongieux ou de type fromage suisse, Les MOF sont constitués d'ions métalliques connectés à des ligands organiques et sont caractérisés par des trous de taille nanométrique. Les chercheurs de l'IBS, en collaboration avec la School of Materials Science de l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), ont conçu et synthétisé le Ni(II) tetraaza[14]annulène-linked MOF (NiTAA-MOF), où le composant métallique est le nickel et les molécules de nickel tétraaza[14]annulène sont utilisées comme blocs de construction MOF pour la première fois.
Les chercheurs ont découvert que le dopage de ce MOF avec de l'iode modifie sa conductivité et son magnétisme. Pristine NiTAA-MOF se comporte mal. Il s'agit en fait d'un isolant avec une conductivité électrique inférieure à 10-10 Siemens par centimètre. Cependant, lorsqu'il est oxydé chimiquement par l'iode, la même mesure s'élève à 0,01 Siemens par centimètre (plus ce nombre est élevé, meilleur est le conducteur). Ce résultat montre le rôle vital de l'oxydation des ligands dans la conductivité électrique de certains MOF 2-D, élargir la compréhension de l'origine de la conductivité électrique dans ce type de MOF.
Figure 2. Conductivité électrique et propriétés magnétiques du NiTAA-MOF dopé à l'iode. a) Conductivité électrique en fonction de la température. b) L'aimantation augmente avec la diminution de la température, caractéristique typique des matériaux paramagnétiques. Crédit : Institut des sciences fondamentales
En outre, l'équipe a vérifié comment ce matériau est magnétisé dans un champ magnétique appliqué. Les mesures de magnétisation réalisées par les chercheurs de la School of Materials Science ont montré que le NiTAA-MOF dopé à l'iode est paramagnétique, c'est-à-dire qu'il est faiblement attiré par un champ magnétique extérieur, et devient antiferromagnétique à très basse température. Cela signifie qu'il pourrait devenir utile comme agent polarisant dans la polarisation nucléaire dynamique-résonance magnétique nucléaire (DNP-RMN) qui est utilisé dans les expériences de caractérisation des matériaux.
La structure MOF 2D a également été modélisée par des calculs détaillés et analysée par diverses méthodes, comme la diffraction des rayons X, infrarouge, photoélectron à rayons X, réflexion diffuse UV-vis, résonance paramagnétique électronique, et les spectroscopies Raman.
« Notre travail peut contribuer à la compréhension fondamentale des relations structure-propriété dans les MOF 2D électriquement conducteurs, et peut ouvrir la voie au développement de nouveaux MOF électriquement conducteurs, " dit le professeur Ruoff, l'un des auteurs correspondants de cette étude et professeur UNIST. "Outre, le NiTAA-MOF tel que synthétisé et dopé à l'iode pourrait être applicable dans les imitateurs de catalase, catalyse, et le stockage d'énergie."
