研究开发解析电池材料结构的新方法

在过去的几年里，一种名为金属有机框架（MOF）的材料引起了人们的关注。这种类型的材料在相关能源领域具有巨大的应用潜力，研究人员发现这种典型的绝缘材料也可以制成导电材料。

MOF材料将孔隙率和导电性完美结合，为电池、燃料电池、超级电容器、电催化剂和专用化学传感器开辟了新的应用前景。然而，开发具有特定财产的MOF材料的过程在很大程度上非常缓慢，因为很难理解其确切的分子结构以及它如何影响材料财产。据外媒报道，麻省理工学院等机构的研究人员发现了一种控制几种MOF晶体生长的方法，有可能产生足够大小的晶体，用于测试和分析材料结构。这些结构类似于石墨烯等材料的二维六边形晶格。麻省理工学院化学系的Mircea Dinc教授？自几年前首次发现导电MOFs以来，许多团队一直致力于为各种应用开发不同的材料版本。“然而，没有人能够获得更多关于材料结构的信息，”他说，随着对这些结构的深入了解，“它可以帮助你设计更好的材料，更快地开发。这就是我们现在正在做的。这是第一次用原子分辨率详细分析晶体结构。”。他说，培养足够大的晶体进行此类研究的困难在于MOF内部的化学键。这些材料由金属原子和有机分子组成的晶格组成，往往会形成弯曲的针状或线性晶体，因为在它们的六边形晶格平面上，原子之间的化学键很难形成和断裂垂直方向上的ond要弱得多，因此断裂和重整速度更快，这导致结构的上升速度快于其扩散速度。得到的细长晶体太小，大多数可用的工具都无法表征。该团队通过改变MOF中有机化合物的分子结构来解决这个问题，从而影响电子密度及其与金属相互作用方式之间的平衡。这可以扭转债券强度和增长率之间的不平衡，从而形成更大的筹码。然后，使用一系列基于高分辨率衍射的成像技术来分析这些较大的晶体。丁克？有人认为，与石墨烯一样，找到生产更大材料的方法可能是释放此类MOFs潜力的关键。起初，在生产石墨烯时，使用胶带只能从石墨块上剥离单原子厚的层。但随着时间的推移，人们已经找到了直接生产足够大且有用的薄板的方法。丁克？希望这次开发的技术能够为类似的MOF研究铺平道路。这基本上为制造二维MOF大晶体提供了基础和蓝图。然而，与大多数其他导电材料不同，MOF导电材料类似于石墨烯，具有很强的导电方向性：它们可以沿着材料片的平面比在垂直方向上更自由地导电。这种特性，加上其极高的孔隙率，使其成为电池、燃料电池或超级电容器中电极材料的有力候选者。当某些原子团附着在它们的有机成分上并与其他特定化合物结合时，它们可以用作高灵敏度的化学探测器。石墨烯和其他几种已知的二维材料在电子学和其他潜在应用领域开辟了广泛的研究领域，但这些材料基本上具有固定的财产。丁克？与这些材料相比，MOF具有许多类似的财产，但可能会形成一系列具有不同财产的变体。因此，研究人员可以为特定目的设计特定类型的材料。例如，对于燃料电池，他说，“你想要的是具有大量活性位点的东西”，以便在开放网络结构提供的大表面积上做出反应。或者，为了使传感器能够监测特定的气体浓度，例如二氧化碳，“你需要不提供错误指导的特定东西。”通过选择用于制造MOF的有机化合物并进行设计，可以实现这些财产。

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