प्रवाहकीय धातु-जैविक ढांचे

कंडक्टिव एमओएफ मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क का एक वर्ग है | इलेक्ट्रॉनिक कंडक्शन की आंतरिक क्षमता के साथ मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क। मेटल आयन और ऑर्गेनिक लिंकर एक फ्रेमवर्क बनाने के लिए खुद से जुड़ते हैं जो कनेक्टिविटी में 1डी/2डी/3डी हो सकता है। 2009 में, पहले प्रवाहकीय MOF का वर्णन किया गया था। यह एमओएफ क्यू [सीयू (पीडीटी)2] (pdt=2,3-pyrazinedithiol) ने 6 × 10 की विद्युत चालकता प्रदर्शित की−4 स सेमी -1 300 K पर।

डिजाइन और संरचना
प्रवाहकीय एमओएफ के लिए जैविक लिंकर्स आम तौर पर संयुग्मित होते हैं। 2डी प्रवाहकीय एमओएफ का अच्छी तरह से पता लगाया गया है और 3डी प्रवाहकीय एमओएफ के कई अध्ययन भी अब तक रिपोर्ट किए गए हैं।, , , , , , , , 2012 में एक 2डी प्रवाहकीय MOF Co(HHTP) [हेक्साहाइड्रॉक्सीट्रिफेनिलीन] की एकल क्रिस्टल संरचना की सूचना मिली थी।

इन सामग्रियों की चालकता का परीक्षण अक्सर दो जांच विधि द्वारा किया जाता है, अर्थात दो जांचों के बीच एक ज्ञात क्षमता लागू की जाती है, परिणामी धारा को मापा जाता है, और ओम के नियम का उपयोग करके प्रतिरोध की गणना की जाती है। ओम का नियम। एक चार-जांच विधि चरम पर दो तारों को नियोजित करती है जो वर्तमान की आपूर्ति के लिए उपयोग की जाती हैं और आंतरिक दो तार क्षमता में गिरावट को मापते हैं। यह विधि संपर्क प्रतिरोध के प्रभाव को समाप्त करती है।

अधिकांश MOF की चालकता 10 से कम होती है−10 एस सेमी-1 और इन्हें इंसुलेटर (बिजली) माना जाता है। अब तक की साहित्य रिपोर्टों के आधार पर, एमओएफ में चालकता की सीमा 10 से भिन्न हो सकती है-10 से 10 तक3 स सेमी -1. , प्रवाहकीय एमओएफ में चार्ज ट्रांसफर को तीन रास्तों के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है: 1) थ्रू-बॉन्ड: - जब संक्रमण धातु आयन का डी ऑर्बिटल कार्बनिक लिंकर के पी ऑर्बिटल के साथ ओवरलैप होता है, तो π इलेक्ट्रॉनों को सभी आसन्न पी ऑर्बिटल्स में विभाजित किया जाता है। 2) विस्तारित संयुग्मन: - जब संयुग्मित कार्बनिक लिंकर के साथ संक्रमण धातु आयनों को जोड़ा जाता है, तो डी-π संयुग्मन आवेश वाहकों के निरूपण की अनुमति देता है। 3) थ्रू-स्पेस:- एक परत में कार्बनिक लिंकर्स π-π अंतःक्रिया के माध्यम से आसन्न परत में एक के साथ बातचीत कर सकते हैं। यह आसन्न परतों में चार्ज डेलोकलाइजेशन की सुविधा प्रदान करेगा।

सोल्वोथर्मल संश्लेषण
2017 में किमिज़ुका ने 10 की रेंज में एक आंतरिक चालकता के साथ एक फथलोसायनिन आधारित प्रवाहकीय MOF Cu-CuPc की सूचना दी−6 स सेमी -1. MOF के सॉल्वोथर्मल संश्लेषण के लिए, कार्बनिक लिंकर Cu-octahydroxy phthalocyanine (CuPc) और धातु आयन एक DMF/H में घुल जाते हैं।2O मिश्रण को 48 घंटों के लिए 130 डिग्री सेल्सियस पर गर्म किया जाता है। बाद में, कैथरीन मिरिका और सहकर्मी चालकता को 10 की सीमा तक बढ़ाने में सक्षम थे−2 स सेमी −1 बाईमेटेलिक थैलोसायनिन आधारित MOF NiPc-Cu को संश्लेषित करके।

हाइड्रोथर्मल संश्लेषण
उदाहरणों में आइसोरेटिकल catecholेट-आधारित एमओएफ की एक श्रृंखला शामिल है जो हेक्साहुड्रोक्सीट्रिफेनिलीन (एचएचटीपी) को कार्बनिक लिंकर के रूप में और धातु नोड्स के रूप में नी / क्यू / सह को नियोजित करती है। इन एमओएफ के हाइड्रोथर्मल संश्लेषण के लिए, कार्बनिक लिंकर (हेक्साहाइड्रॉक्सीट्रिफेनिलीन) और धातु आयन दोनों एच में भंग हो जाते हैं।2O, जलीय अमोनिया मिलाया जाता है और मिश्रण को गर्म किया जाता है। घन3(HHTP) जिसे (Cu-CAT-1) के नाम से भी जाना जाता है, ने 2.1 × 10−1 S cm तक चालकता दिखाई-1. हेक्साएमिनोट्रिफेनिलीन (एचएटीपी) कार्बनिक लिंकर और नी धातु आयन पर आधारित एक अन्य एमओएफ ने 40 एस सेमी की इलेक्ट्रॉनिक चालकता दिखाई−1 जब वान डेर पौव विधि का उपयोग करके मापा जाता है।

लेयरिंग विधि
लिक्विड-लिक्विड इंटरफेशियल सिंथेसिस का उपयोग करके एक Ni-BHT MOF नैनोशीट प्राप्त की गई है। संश्लेषण के लिए, ऑर्गेनिक लिंकर को क्लोराइड में घोल दिया जाता है जिस पर एच2हे जोड़ा जाता है और फिर धातु नमक (Ni(OAc)2) सोडियम ब्रोमाइड के साथ जलीय परत में जोड़ा जाता है।

संभावित अनुप्रयोग
हालांकि किसी प्रवाहकीय एमओएफ का व्यावसायीकरण नहीं किया गया है, संभावित अनुप्रयोगों की पहचान की गई है।

इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर
प्रवाहकीय MOF एक रसायनज्ञ सेंसर के रूप में रुचि रखते हैं। एक 2डी प्रवाहकीय MOF Cu3(HITP)2 और इस एमओएफ की थोक चालकता को 0.2 एस सेमी मापा गया था-1. यह अमोनिया वाष्प के रासायनिक संवेदन के लिए नियोजित किया गया था और इस सामग्री का पता लगाने की सीमा 0.5 पीपीएम थी। स्नायुसंचारी के संवेदन के लिए थैलोसाइनिन और नेफथलोसाइनिन कार्बनिक लिंकर्स पर आधारित दो आइसोरेटिकुलर एमओएफ का परीक्षण किया गया है। इस अध्ययन में लेखक पहचान की बहुत कम सीमा, एनएच प्राप्त करने में सक्षम थे3 (0.31-0.33 पीपीएम), एच2S (19-32 ppb) और NO (1-1.1 ppb) ड्राइविंग वोल्टेज (0.01- 1.0 V) पर। बाद में, इसी समूह ने ट्राइफेनिलीन ऑर्गेनिक लिंकर पर आधारित आइसोरेटिकुलर एमओएफ द्वारा न्यूरोकेमिकल के वोल्टामेट्रिक डिटेक्शन की भी सूचना दी। नी3(एचएचटीपी)2 (2,3,6,7,10,11-हेक्साहाइड्रॉक्सीट्रिफेनिलीन) MOF ने डोपामाइन (63±11 एनएम) और सेरोटोनिन (40±17 एनएम) का पता लगाने की नैनोमोलर सीमा दिखाई। 2,3,7,8,12,13-हेक्साहाइड्रॉक्सिल ट्रूक्सिन लिंकर और कॉपर मेटल पर आधारित 2डी प्रवाहकीय एमओएफ ने पैराक्वाट की विद्युत रासायनिक पहचान का वादा किया है।

इलेक्ट्रोकैटलिसिस
प्रतिक्रियाओं की दर और चयनात्मकता बढ़ाने के लिए इलेक्ट्रोलीज़ के लिए एमओएफ का पता लगाया गया है। उनके उच्च सतह क्षेत्र के कारण वे प्रतिक्रिया के लिए बड़ी संख्या में इंटरैक्शन साइट प्रदान कर सकते हैं, सामग्री की चालकता इलेक्ट्रोकैटलिटिक प्रक्रिया के दौरान चार्ज ट्रांसफर की अनुमति देती है। हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया (एचईआर) के लिए दो कोबाल्ट आधारित एमओएफ Co-BHT (बेंजीनहेक्सैथियोल) और Co-HTTP (हेक्साथिओलट्रिफेनिलीन) की जांच की गई है। इस रिपोर्ट में, Co-BHT और Co-HTTP के लिए अत्यधिक संभावित मान pH 1.3 पर क्रमशः 340 mV और 530 mV पाए गए हैं। टैफेल ढलान 149 और 189 mV dec के बीच हैं−1 पीएच 4.2 पर। को-एचएबी एमओएफ की अल्ट्राथिन शीट ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया (ओईआर) के लिए उत्प्रेरक रूप से सक्रिय पाई गई हैं। इस एमओएफ के लिए अत्यधिक क्षमता 10 एमए सेमी पर 310 एमवी थी−2 1M KOH में। लेखकों ने दावा किया कि अनुकूल इलेक्ट्रोड कैनेटीक्स के कारण अल्ट्राथिन शीट नैनोपार्टिकल्स/मोटी शीट्स/बल्क को-एचएबी एमओएफ से बेहतर थीं। ऑक्सीजन रिडक्शन रिएक्शन (ORR) के लिए विद्युत उत्प्रेरक के रूप में एक 2-डी प्रवाहकीय MOF को भी नियोजित किया गया है। नी3(HITP)2 अपने अध्ययन में ग्लासी कार्बन इलेक्ट्रोड पर MOF फिल्म ने 0.1 M पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (KOH) में 50 μA पर 820 mV की क्षमता दिखाई।

ऊर्जा भंडारण
उच्च सतह क्षेत्र, रेडॉक्स सक्रिय कार्बनिक लिंकर / धातु नोड्स के साथ एमओएफ, आंतरिक चालकता ने विद्युत ऊर्जा भंडारण के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में ध्यान आकर्षित किया है। 2017 में डिनका और सहकर्मियों द्वारा पहले प्रवाहकीय एमओएफ-आधारित इलेक्ट्रोकेमिकल डबल लेयर कैपेसिटर (ईडीएलसी) की सूचना दी गई थी। उन्होंने नी का इस्तेमाल किया3(HITP)2 प्रवाहकीय योजक का उपयोग किए बिना डिवाइस के निर्माण के लिए एमओएफ जो चालकता को बढ़ाने के लिए मिश्रित होते हैं। परिणामी इलेक्ट्रोड ने 111 F g की गुरुत्वाकर्षण क्षमता दिखाई-1 और 18 μF cm की क्षेत्रफल धारिता−2 0.05 A g की डिस्चार्ज दर पर-1. इन इलेक्ट्रोड्स ने 10000 चक्रों के बाद 90% क्षमता प्रतिधारण भी प्रदर्शित किया। supercapacitor के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में हेक्सामिनोबेंजीन (एचएबी) कार्बनिक लिंकर और Cu/Ni धातु आयनों पर आधारित एक प्रवाहकीय MOF का परीक्षण किया गया है। Ni-HAB और Cu-HAB ने 420 F g की गुरुत्वीय धारिता प्रदर्शित की-1 और 215 F g-1 क्रमशः। Ni-HAB इलेक्ट्रोड के पेलेट फॉर्म ने 427 F g की ग्रेविमीट्रिक धारिता दिखाई-1 और 760 F g की आयतनी धारिता-1. इन एमओएफ ने 12000 चक्रों के बाद 90% की कैपेसिटेंस रिटेंशन भी प्रदर्शित की। 2018 में निशिहारा और सहकर्मियों द्वारा लिथियम आयन बैटरी के लिए पहली प्रवाहकीय एमओएफ आधारित कैथोड सामग्री की सूचना दी गई थी। इस अध्ययन में उन्होंने नी को नियुक्त किया था।3(HITP)2 MOF, इसने 155 mA-h-g की विशिष्ट क्षमता प्रदर्शित की-1, 434 Wh kg का विशिष्ट ऊर्जा घनत्व−1 10 mA g के वर्तमान घनत्व पर-1, और 300 से अधिक चक्रों में अच्छी स्थिरता। एक अन्य अध्ययन में, 2,5-डाइक्लोरो-3,6-डाइहाइड्रॉक्सीबेंजोक्विनोन (सीएल) पर आधारित दो एमओएफ2dhbqn−) लिथियम-आयन बैटरी के लिए कार्बनिक लिंकर और Fe धातु आयनों को नियोजित किया गया है। (एच2एनएमई2)2फ़े2(सीएल2डीएचबीक्यू)3 (1) और (एच2एनएमई2)4फ़े3(सीएल2डीएचबीक्यू)3(इसलिए4)2 (2) 2.6 × 10 की विद्युत प्रतिरोधकता और चालकता दिखाई−3 और 8.4×10−5 एस सेमी-1 क्रमशः। (2) 165 mA-h-g की निर्वहन क्षमता प्रदर्शित की-1 10 mA g की चार्जिंग दर पर-1) और (1) ने 195 mA h g प्रदर्शित किया-1 20 mA g पर-1 और 533 Wh kg का विशिष्ट ऊर्जा घनत्व-1.

यह भी देखें
मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क|मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क

सहसंयोजक जैविक ढांचा|सहसंयोजक-जैविक ढांचा

समन्वय बहुलक

सेंसर