（文章來源：環(huán)球創(chuàng)新智慧）

據(jù)美國克萊姆森大學官網近日報道，該校的一支研究團隊證明，部分氧化形式的新型雙螺旋金屬有機框架（MOF）體系結構可以導電，有望成為新一代半導體。

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

如今，金屬有機框架正逐步地從實驗室走向大量的現(xiàn)實世界應用。例如，金屬有機框架可以存儲危險氣體，催化化學反應，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，美國克萊姆森大學理學院的一支研究團隊證明，部分氧化形式的新型雙螺旋金屬有機框架體系結構可以導電，有望成為新一代半導體。該團隊的發(fā)現(xiàn)于2020年3月18日發(fā)表在美國化學學會出版的期刊《應用材料與界面（Applied Materials & Interfaces）》上。

金屬有機框架由通過有機配體連接的金屬離子陣列組成。通過高精度的原子工程設計，它們擁有了通常構成多孔結構的高度有序的重復單元。自20年前構造出第一個金屬有機框架以來，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配體組成的金屬有機框架。

根據(jù)化學系副教授 Sourav Saha 的說法，現(xiàn)有大多數(shù)金屬有機框架是由線性或者平面配體組成。然而，Saha 及其團隊將一種蝴蝶形的凸配體引入到金屬有機框架中，從而形成一種新型雙螺旋結構，該結構一旦被客體碘分子部分氧化，就可以導電。

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

Saha 博士研究小組的化學研究生 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框架。然后，她在約65攝氏度的烤箱中將混合物加熱24小時。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的材料，我們調整了合成條件，修改了溶劑的比例、配體與金屬（鋅）離子的比例以及溫度?！?/p>

為了創(chuàng)造出能導電的電荷傳輸路徑，她將碘蒸氣擴散到多孔的金屬有機框架中，使得一根鏈變得貧電子，而另一根鏈保持富電子。傳統(tǒng)無機半導體，由硅、鎵或砷化物制成，在邏輯門、存儲芯片及其他電子應用中無處不在。與傳統(tǒng)無機半導體相比，導電的金屬有機框架可能會具有一些優(yōu)勢。例如，傳統(tǒng)半導體是在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，金屬有機框架可以用比無機半導體更節(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，同時保持傳統(tǒng)半導體所具有的高度有序的晶體結構。”Saha 及其團隊計劃繼續(xù)開發(fā)具有不同幾何形狀、成分和功能的新型金屬有機框架體系結構，它們可以應用到未來的電子、能量轉換和存儲設備中。
（責任編輯：fqj）