（文章來源：環(huán)球創(chuàng)新智慧）

據(jù)美國克萊姆森大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該校的一支研究團(tuán)隊(duì)證明，部分氧化形式的新型雙螺旋金屬有機(jī)框架（MOF）體系結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)電，有望成為新一代半導(dǎo)體。

金屬有機(jī)框架（MOFs）是由有機(jī)配體和金屬離子或團(tuán)簇，通過配位鍵自組裝形成的具有分子內(nèi)孔隙的有機(jī)-無機(jī)雜化材料。金屬有機(jī)框架是一種新興的超多孔、多功能納米材料，可用于存儲(chǔ)、分離、釋放或者保護(hù)幾乎任何東西。金屬有機(jī)框架具有以下重要特征：多孔、表面積大、結(jié)構(gòu)與功能多樣、不飽和金屬位點(diǎn)，這些特征使之具備強(qiáng)大的吸附功能和催化功能。

如今，金屬有機(jī)框架正逐步地從實(shí)驗(yàn)室走向大量的現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用。例如，金屬有機(jī)框架可以存儲(chǔ)危險(xiǎn)氣體，催化化學(xué)反應(yīng)，以受控的方式投送藥物，甚至可以用在可充電電池與太陽能電池中。

近日，美國克萊姆森大學(xué)理學(xué)院的一支研究團(tuán)隊(duì)證明，部分氧化形式的新型雙螺旋金屬有機(jī)框架體系結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)電，有望成為新一代半導(dǎo)體。該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)于2020年3月18日發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì)出版的期刊《應(yīng)用材料與界面（Applied Materials & Interfaces）》上。

金屬有機(jī)框架由通過有機(jī)配體連接的金屬離子陣列組成。通過高精度的原子工程設(shè)計(jì)，它們擁有了通常構(gòu)成多孔結(jié)構(gòu)的高度有序的重復(fù)單元。自20年前構(gòu)造出第一個(gè)金屬有機(jī)框架以來，全世界的研究人員創(chuàng)造出兩萬多種由一系列金屬和有機(jī)配體組成的金屬有機(jī)框架。

根據(jù)化學(xué)系副教授 Sourav Saha 的說法，現(xiàn)有大多數(shù)金屬有機(jī)框架是由線性或者平面配體組成。然而，Saha 及其團(tuán)隊(duì)將一種蝴蝶形的凸配體引入到金屬有機(jī)框架中，從而形成一種新型雙螺旋結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)一旦被客體碘分子部分氧化，就可以導(dǎo)電。

Saha 表示：“化學(xué)界了解這種蝶形延展的四硫富瓦烯（ExTTF）配體已經(jīng)有一段時(shí)間，但是之前它尚未被摻入金屬有機(jī)框架中。我們通過將它引入到雙螺旋金屬有機(jī)框架中，創(chuàng)造出沿相鄰鏈的接縫延伸的獨(dú)特的S形電荷傳輸路徑。當(dāng)每條雙螺旋鏈一側(cè)的 ExTTF 配體被碘氧化，而另一側(cè)的那些保持中性時(shí)，它們就會(huì)沿著接縫形成分子間的電荷轉(zhuǎn)移鏈。電子能以一種分子間的方式，沿著這條路徑流動(dòng)，使金屬有機(jī)框架更加導(dǎo)電。”

Saha 博士研究小組的化學(xué)研究生 Monica Gordillo 采用溶劑熱法，按一定比例混合鋅鹽和 ExTTF 配體，合成了雙螺旋金屬有機(jī)框架。然后，她在約65攝氏度的烤箱中將混合物加熱24小時(shí)。Gordillo 表示：“我們得到了這些美麗的板狀橙色晶體。為了獲得這種令人激動(dòng)的材料，我們調(diào)整了合成條件，修改了溶劑的比例、配體與金屬（鋅）離子的比例以及溫度。”

為了創(chuàng)造出能導(dǎo)電的電荷傳輸路徑，她將碘蒸氣擴(kuò)散到多孔的金屬有機(jī)框架中，使得一根鏈變得貧電子，而另一根鏈保持富電子。傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體，由硅、鎵或砷化物制成，在邏輯門、存儲(chǔ)芯片及其他電子應(yīng)用中無處不在。與傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體相比，導(dǎo)電的金屬有機(jī)框架可能會(huì)具有一些優(yōu)勢。例如，傳統(tǒng)半導(dǎo)體是在500到1000攝氏度的溫度條件下合成的。

Saha 表示：“從另一方面來說，金屬有機(jī)框架可以用比無機(jī)半導(dǎo)體更節(jié)能的方式制造出來。它們可以在室溫至150攝氏度之間的任何溫度合成，同時(shí)保持傳統(tǒng)半導(dǎo)體所具有的高度有序的晶體結(jié)構(gòu)。”Saha 及其團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)開發(fā)具有不同幾何形狀、成分和功能的新型金屬有機(jī)框架體系結(jié)構(gòu)，它們可以應(yīng)用到未來的電子、能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備中。
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