Max Planck -instituutin polymeerien tutkimuskeskuksen tutkijat yhdessä Dresdenin, Leipzigin, Sofian ja Madridin yliopistojen tutkijoiden kanssa ovat kehittäneet uudenlaisen metalli-orgaanisen materiaalin (MOF), jolla on kiteisen piin kaltaisia sähköisiä ominaisuuksia. Materiaali voisi korvata kalliit tavanomaiset epäorgaaniset materiaalit, joita käytetään optoelektroniikassa.
Tieteilijöiden nyt tuottama MOF on kiteinen kiinteä aine, joka on valmistettu orgaanisiin molekyyleihin linkittyneistä rautaioneista. Päinvastoin kuin pii, materiaali voidaan valmistaa huonelämpötilassa ja sen ominaisuudet ovat helposti muokattavissa valmistusprosessin aikana.
Nykyisin tuotetut MOF-materiaalit eivät ole osoittaneet erityisen hyviä sähkönjohtavuuksia, mikä on estänyt niiden käyttöä optoelektronisissa sovelluksissa. Uudenlaisen MOF:n osalta tutkijat osoittivat - orgaanisen aineen osalta - vastaavanlaista johtavuutta kuin piissä sähkökentällä ohjattuna.
Tutkimuksissaan he mittailivat kaksiulotteiselle materiaalilleen ennätysmäisen liikkuvuuden (220 cm2 V-1 s-1) huoneen lämpötilassa. Mittauksissa todettiin myös liikkuvuutta aina 1000 mikrometrin pituisissa rakenteissa.
Vaihtoehto platinalle
Teollisuus on perinteisesti käyttänyt kalliita platinaseoksia katalysaattoreina esimerkiksi polttokennojen tai metalli-ilma akkujen parissa. Nyt Ruhr-Universität Bochum (RUB) ja Max-Planck-Institut für Eisenforschungin tutkijat ovat löytäneet seoksen, joka koostuu viidestä alkuaineesta, jotka eivät ole jalometalleja mutta ovat seoksena yhtä aktiivisia kuin platina.
Tutkijoiden mukaan edulliset korkean suorituskyvyn katalysaattorit ovat nyt saavutettavissa. Epäjalojen alkuaineiden ja niiden seosten katalyyttiset ominaisuudet ovat yleensä varsin huonot. Tutkijoiden yllätykseksi yksi seos, joka koostuu viidestä aineesta (Cr–Mn–Fe–Co–Ni), tarjoaa paljon parempia ominaisuuksia.
Platinan vaihtoehdon etsimiseksi RUB:n professori Alfred Ludwigin johdolla tutkijat käyttivät menetelmää, jolla luodaan viiden lähdealkuaineen seosten nanopartikkelikirjasto. Kirjaston avulla tutkijat toivovat voivansa mukauttaa ominaisuuksia monenlaisiin tarvittaviin reaktioihin hyödyntämällä miltei äärettömän määrän mahdollisia alkuaineiden yhdistelmiä ja niiden koostumuksia.
Koska alkuaineiden vuorovaikutuksia ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä, tutkijat eivät voi kehittää mitään erityisiä katalysaattoreita vielä. Työ luo kuitenkin perustan jatkotutkimuksille prosessin ymmärtämiseksi paremmin, kertovat tutkijat.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 25.10.2018
