Учёные создали новый класс 2.5-D металлоорганических каркасов с уникальными свойствами

Структура новых 2.5-D MOF: Cu₃(TripH₂)₂ и Cu₃(TripMe₂)₂, физические свойства наблюдались также в третьем измерении. Автор: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c08703

Исследователи из Университета Кумамото и Университета Нагои разработали новый класс двумерных (2D) металлоорганических каркасов (MOF) на основе молекул триптицена. Это прорыв в понимании и улучшении физических свойств этих перспективных материалов. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society.

Это открытие открывает новые возможности для мультифункционального применения в газовых/молекулярных сенсорах, электрохимических накопителях энергии и спинтронных устройствах.

Двумерные проводящие металлоорганические каркасы привлекают всё больше внимания благодаря уникальным свойствам — высокой электронной и протонной проводимости, а также необычному магнитному поведению. Однако исследования долгое время сдерживались трудностями в выращивании крупных высококачественных кристаллов и неясностью связи между молекулярной структурой и свойствами материала.

Чтобы решить эти проблемы, доцент Чжуньюэ Чжан из Университета Кумамото совместно с командой профессора Кунио Авага из Университета Нагои использовали триптиценовые линкеры.

В отличие от традиционных плоских π-сопряжённых лигандов, триптицен имеет жёсткую 3D-форму, которая подавляет межслойные взаимодействия. Это позволяет кристаллам расти медленнее и достигать больших размеров, что делает их пригодными для детальных структурных и функциональных исследований.

Используя метод медленной диффузии в запаянных стеклянных трубках, команда синтезировала два новых MOF: Cu₃(TripH₂)₂ и Cu₃(TripMe₂)₂. Размер кристаллов превысил 0.3 мм, что достаточно для рентгеноструктурного анализа и точных измерений электронных, магнитных и протонных транспортных свойств.

Исследования выявили высокую направленную проводимость с более сильным переносом электронов и протонов вдоль вертикальной оси (a-ось). Данные предполагают возможный кооперативный механизм переноса заряда и протонов между различными ветвями триптиценовых единиц.

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и исследования намагниченности также выявили одномерную антиферромагнитную связь вдоль той же оси, что резко контрастирует с поведением других 2D MOF.

Поскольку эти материалы демонстрируют сильные электронные и магнитные корреляции в межслойном направлении, исследователи предложили новый термин для их описания: «2.5-мерные» (2.5-D) MOF.

«Это исследование показывает, как простое изменение молекулярной геометрии может преодолеть давние барьеры в исследованиях MOF», — заявил профессор Чжуньюэ Чжан из Университета Кумамото.

Открытие прокладывает путь для дальнейшего развития технологий на основе MOF, включая цинк-ионные батареи, молекулярные сенсоры и квантовые информационные системы.

Дополнительная информация: Qi Chen et al, Triptycene-Based 2.5-Dimensional Metal–Organic Frameworks: Atomically Accurate Structures and Anisotropic Physical Properties from Hydrogen-Bonding Bridged Protonated Building Units, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c08703