作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 麻省理工学院和其他机构的研究人员已经找到了一种稳定几种金属有机框架晶体生长的方法
该图像显示了Cu3HHTT2和Co6HHTT3的两个扫描电子显微镜(SEM)显微照片，它们可以通过改变合成条件按需以棒状或板状(插图)形态分离
学分:麻省理工学院 在过去的几年里，一种被称为金属有机框架(MOF)的材料在各种潜在的能源相关应用中引起了极大的兴趣，特别是因为研究人员发现这些典型的绝缘材料也可以制成导电的
由于多孔性和导电性的非凡结合，这一发现为电池、燃料电池、超级电容器、电催化剂和专用化学传感器的新应用开辟了可能性
但是开发具有所需特性的特定多孔材料的过程是缓慢的
这很大程度上是因为很难弄清楚它们的确切分子结构以及它如何影响材料的性质
现在，麻省理工学院和其他机构的研究人员已经找到了一种方法来控制几种多晶质膜的晶体生长
这使得生产足够大的晶体以供一系列测试探测成为可能，使研究小组能够最终解码这些材料的结构，这些结构类似于石墨烯等材料的二维六方晶格
今天，麻省理工学院和美国其他大学的20人小组在《自然材料》杂志的一篇论文中描述了这些发现
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、中国和瑞典，由W
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麻省理工学院化学系能源学院的凯克教授
Dinc说，自从几年前首次发现导电金属氧化物燃料电池以来，许多团队一直致力于为许多不同的应用开发不同的版本，“但没有人能够获得如此详细的材料结构
“这些结构的细节理解得越好，”他说，“它帮助你设计更好的材料，而且速度更快
这就是我们在这里所做的:我们提供了第一个原子分辨率的详细晶体结构
" 他说，生长足够大的晶体进行这类研究的困难在于财政部内部的化学键
这些材料由金属原子和有机分子的晶格组成，这些原子和有机分子倾向于形成弯曲的针状或线状晶体，因为连接六边形晶格平面中原子的化学键更难形成，也更难断裂
相比之下，垂直方向上的键要弱得多，因此继续以更快的速度断裂和重组，导致结构上升的速度超过它们能够伸展的速度
由此产生的细长晶体太小，无法用大多数可用的工具来表征
研究小组通过改变财政部中一种有机化合物的分子结构解决了这个问题，从而改变了电子密度的平衡及其与金属相互作用的方式
这扭转了结合强度和生长速率的不平衡，从而允许形成更大的晶体片
这些较大的晶体随后通过一系列高分辨率衍射成像技术进行分析
丁克说，就像石墨烯的情况一样，找到生产更大薄片材料的方法可能是释放这种金属氧化物燃料电池潜力的关键
最初，石墨烯只能通过使用胶带从一块石墨上剥离单个原子厚的层来生产，但随着时间的推移，已经开发出了直接生产足够大的有用薄片的方法
丁克说，希望这项研究中开发的技术能够为多器官功能衰竭的类似进展铺平道路
他说:“这基本上是为制造二维多晶结构的大晶体提供了基础和蓝图。”
与石墨烯一样，但与大多数其他导电材料不同，导电金属氧化物薄膜的导电性具有很强的方向性:它们在材料片的平面上比在垂直方向上更自由地导电
这种特性，加上材料的高孔隙率，使其成为电池、燃料电池或超级电容器电极材料的有力候选材料
当它的有机成分上附着了特定的原子团，这些原子团与特定的其他化合物结合时，它们就可以被用作非常灵敏的化学探测器
石墨烯和其他一些已知的二维材料在电子和其他领域的潜在应用中开辟了广阔的研究领域，但这些材料本质上具有固定的性质
丁克说，因为多金属氧化物燃料电池具有许多这些材料的特性，但形成了一个具有不同特性的可能变化的大家族，它们应该允许研究人员设计特定用途所需的特定种类的材料
他说，以燃料电池为例，“你想要一个有很多活性点的东西”，因为它的开放网格结构提供了大面积的反应空间
或者对于监测特定气体(如二氧化碳)水平的传感器来说，“你想要的是特定的、不会产生误报的东西
“这些性质可以通过选择用于制造多器官功能衰竭的有机化合物来改造，”他说
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