Большой интерес материаловедов вызывают в последние годы металл-органические каркасные конструкции (MOF) — класс микропористых полимерных структур с большой площадью — особенно после того, как было открыто, что эти изоляторы могут в определенных условиях проводить электричество. Поскольку проводящие MOF были открыты совсем недавно, никто пока не сумел подробно разобраться в их структуре. Важный шаг в этом направлении сделали ученые из США.

Сочетание высокой пористости с электропроводностью открывает перед металл-органическими каркасными структурами (MOF) возможности применения в аккумуляторах, топливных элементах, суперконденсаторах, электрокатализаторах и химических сенсорах. Однако процесс разработки этих материалов с желаемыми характеристиками идет медленно. В основном потому, что непросто определить точную молекулярную структуру и ее влияние на свойства материала.

Специалисты MIT и ряда других вузов США нашли способ управления ростом кристаллов для различных видов MOF. Это открытие позволяет производить достаточно крупные кристаллы, чтобы проводить с ними ряд тестов и, наконец, расшифровать структуру этих материалов, пишет MIT News.

Сложность в выращивании крупных кристаллов заключается в химических связях внутри MOF. Эти материалы состоят из решетки атомов металлов и органических молекул, образующих продолговатые изогнутые кристаллы. Химические связи, соединяющие атомы в горизонтальной плоскости тяжелее сформировать и труднее разорвать. И наоборот, связи в вертикальном направлении намного слабее, они легче ломаются и восстанавливаются, так что структуры растут быстрее, чем распространяются вширь. В итоге они получаются слишком маленькими.

Ученые решили эту проблему, изменив молекулярную структуру одного из органических компонентов MOF. От этого изменился баланс плотности электронов, и взаимодействие материала с металлом. В результате сила связей и темпы роста позволили кристаллам достигнуть больших размеров. Как и в случае с графеном, определение методов производства более крупных листов материала может стать ключом к раскрытию потенциала этого типа MOF.