Les nanofeuilles de coordination sont une nouvelle classe émergente de matériaux bidimensionnels, qui gagnent rapidement en importance dans le domaine des nanomatériaux. Ils sont constitués d'ions métalliques et de molécules de ligand organique, liés les uns aux autres pour former une charpente, via des liaisons de coordination. Ces nanofeuilles agissent comme des blocs de construction, qui peuvent être mélangés et assortis pour produire une grande variété de structures planes, avec des applications potentielles dans les appareils électroniques, les batteries et les systèmes catalytiques.

En 2013, le benzènehexathiolato (BHT) a été découvert comme un puissant ligand organique dans les nanofeuillets de coordination. Il a été observé qu'en changeant l'élément utilisé dans les centres métalliques, il est possible de créer des nanofeuilles à base de BHT avec des propriétés structurelles très différentes.

Cependant, la synthèse de nanofeuilles de coordination à base de BHT via des processus basés sur des solutions s'est avérée difficile, ce qui est plutôt regrettable en raison de la viabilité économique et de l'évolutivité de ces approches. Les nanofeuilles résultantes manquent de cristallinité, indiquant la formation de petits domaines cristallins avec un mauvais contrôle de l'orientation. Ces lacunes structurelles entravent les performances de la nanofeuille et empêchent les scientifiques d'étudier les relations structure-propriété de la nanofeuille.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Hiroshi Nishihara de l'Université des sciences de Tokyo (TUS) au Japon, a étudié si les nanofeuilles de coordination à base de BHT développées par l'introduction de deux ions métalliques pourraient surmonter les défis susmentionnés, dans une nouvelle étude, publiée dans Matériaux avancés , financé par l'Agence japonaise pour la science et la technologie, la Société japonaise pour la promotion de la science et la White Rock Foundation. Pour ce faire, l'équipe, qui comprenait également le Dr Ryojun Toyoda et le Dr Naoya Fukui de TUS, et le professeur Henning Sirringhaus de l'Université de Cambridge, et le professeur Sono Sasaki de l'Institut de technologie de Kyoto, a préparé des films de nanofeuilles hétérométalliques à un liquide- interface liquide, en modifiant le rapport de mélange de deux ions métalliques - le cuivre (Cu) et le nickel (Ni), dans une solution aqueuse. En termes simples, ils ont versé une solution aqueuse contenant ces deux ions métalliques sur une solution organique contenant un précurseur BHT.

A leur grande surprise, ils ont constaté qu'une nouvelle phase structurale s'était formée à l'interface entre les deux phases, avec des ratios intermédiaires de nickel et de cuivre. De plus, ils ont découvert que ce NiCu₂ Le film BHT possédait une cristallinité beaucoup plus élevée que les films de cuivre et de nickel purs !

Le Dr Nishihara et son équipe étaient particulièrement enthousiasmés par ces découvertes, car une telle approche produit normalement des nanofeuilles avec une faible cristallinité.

"Nos résultats indiquent que les nanofeuillets se développent dans une direction spécifique et avec une composition fixe, NiCu₂ BHT, à l'interface liquide-liquide lorsque les deux ions métalliques sont mélangés dans un rapport approprié », explique le professeur Nishihara. « Il est extraordinaire qu'un mélange aussi simple de différents ions métalliques ait abouti à une structure unique avec une périodicité 2D et une cristallinité améliorée, même dans des films relativement épais », ajoute-t-il.

Avec une augmentation de la cristallinité, des améliorations notables ont également été observées dans les performances de ces nanofeuillets hétérométalliques. Les mesures de conductivité électrique ainsi que l'analyse de la morphologie du film par des techniques de microscopie électronique ont révélé que ces films ont des énergies d'activation plus faibles et des conductivités plus élevées que les films de cuivre. En fait, les chercheurs ont observé des conductivités allant jusqu'à 1300 S/cm avec une dépendance à la température similaire à celle des bons conducteurs métalliques. Ces observations sont remarquables puisque de telles valeurs sont parmi les plus élevées observées pour les nanofeuillets de coordination 2D !

Enfin, l'équipe a analysé les mécanismes sous-jacents qui ont conduit à cette amélioration de l'ordre cristallin et a suggéré que NiCu₂ Les films BHT peuvent naturellement s'organiser en une structure bicouche qui libère la contrainte structurelle du matériau.

"Il est raisonnable de supposer qu'une structure bicouche est une phase structurelle plus favorable pour les nanofeuilles de coordination hétérométalliques à base de BHT, plutôt que les structures déformées des films homométalliques correspondants. Dans l'ensemble, nos découvertes ouvrent une nouvelle voie puissante pour améliorer la cristallinité et le réglage des propriétés fonctionnelles des nanofeuilles de coordination hautement conductrices pour une large gamme d'applications d'appareils." dit le Dr Nishihara, tout en discutant de ses découvertes. + Explorer plus loin

Création sur l'eau de nanofeuilles conductrices métallo-organiques