Kontrolle von Konformationseffekten in mehrlagigen Kagome MOF-Filmen und deren Einsatz in elektronischen Anwendungen
| Konsortium: | |
| Prof. Dr. T. Weitz Georg-August-Universität Göttingen I. Physikalisches Institut, Fakultät für Physik | |
| Dr. Renhao Dong Technische Universität Dresden Center for Advancing Electronics Dresden & Faculty of Faculty of Chemistry and Food Chemistry | |
| Projekt: | Kontrolle von Konformationseffekten in mehrlagigen Kagome MOF-Filmen und deren Einsatz in elektronischen Anwendungen |
| Zusammenfassung: | Geschichtete, metallorganische Gerüstverbindungen (engl. metal-organic frameworks, MOFs) zeichnen sich durch starke Konjugation in der Ebene und schwache van-der-Waals Bindungen senkrecht zur Schichtebene aus und sind dadurch als vielversprechende Materialklasse zur Realisierung leifähiger Filme bekannt. Sie könnten zudem auch in komplizierteren Anwendungen wie Transistoren Einsatz finden oder gar supraleitende Eigenschafen aufweisen. Bis heute jedoch ist von diesen vielversprechenden Eigenschaften noch wenig in die Praxis umgesetzt worden. Eines der Hauptprobleme dabei ist, geschichtete konjugierte MOFs zu synthetisieren, bei denen die Struktur und Morphologie auf atomarer- oder molekularer Ebene deterministisch eingestellt werden kann um so elektronische Eigenschaften zu kontrollieren. Solch komplexe Herausforderungen können nur in Programmen wie dem SPP COORNETs gemeistert werden in dem Kompetenzen der synthetischen Chemie und der Festkörperphysik zusammengeführt werden. Ein ehrgeiziges Ziel des vorliegenden Antrags ist die Entwicklung konjugierter, Wasserstoff-freier Kagome MOFs bei denen die Funktionalität sowie die Ausrichtung der einzelnen Lagen durch die chemische Synthese kontrolliert werden. Zum Beispiel sollen dazu die Liganden und Schichtabfolgen systematisch variiert, sowie Porengrößen und Abstände zwischen Metallzentren kontrolliert werden. Das zweite ambitionierte Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist die systematische Untersuchung der elektronischen Eigenschaften der neuen MOFs mit Hilfe von elektrischen Ladungstransportmessungen. Dazu planen wir die MOFs durch hochauflösenden Strukturierungsmethoden auf der Nanoskala mit leitfähigen Metallkontakten zu versehen. Die wichtigste Erkenntnis des gemeinschaftlichen Projektes wird die Entwicklung verlässlicher Synthesepfade für elektronisch aktive Kagome-MOFs sowie die Herausarbeitung verlässlicher Zusammenhänge zwischen der Struktur der MOFs sowie deren verlässlich charakterisierte elektronischen Eigenschaften sein. |
| Publikationen: | |
| H. Zhong, M. Ghorbani-Asl, K. H. Ly, J. Zhang, J. Ge, M. Wang, Z. Liao, D. Makarov, E. Zschech, E. Brunner, I. M. Weidinger, J. Zhang, A. V. Krasheninnikov, S. Kaskel, R. Dong, X. Feng “Synergistic Electroreduction of Carbon Dioxide to Carbon Monoxide on Bimetallic Layered Conjugated Metal-Organic Frameworks” Nat. Commun. 2020, 11, 1409 DOI: 10.1038/s41467-020-15141-y | |
| C. Yang, R. Dong, M. Wang, P. Petkov, Z. Zhang, M. Wang, P. Han, M. Ballabio, S. Bräuninger, Z. Liao, J. Zhang, F. Schwotzer, E. Zschech, H. Klauss, E. Cánovas, S. Kaskel, M. Bonn, S. Zhou, T. Heine and X. Feng “A semiconducting layered metal-organic framework magnet.” Nat. Commun. 2019, 10, 3260 DOI: 10.1038/s41467-019-11267-w | |
| R. Dong, P. Han, H. Arora, M. Ballabio, M. Karakus, Z. Zhang, C. Shekhar, P. Adler, P. St. Petkov, A. Erbe, S. C. B. Mannsfeld, C. Felser, T. Heine, M. Bonn, X. Feng and E. Cánovas “High-Mobility Band-Like Charge Transport in a Semiconducting Two-Dimensional Metal-Organic Framework.” Nat. Mater. 2018, 17, 1027-1032 DOI: 10.1038/s41563-018-0189-z | |
| R. Dong, Z. Zhang, D. C. Tranca, S. Zhou, M. Wang, P. Adler, Z. Liao, F. Liu, Y. Sun, W. Shi, Z. Zhang, E. Zschech, S. C. B. Mannsfeld, C. Felser, X. Feng “A Coronene-Based Semiconducting Two-Dimensional Metal-Organic Framework with Ferromagnetic Behavior.” Nat. Commun. 2018, 9, 2637 DOI: 10.1038/s41467-018-05141-4 | |
| R. Dong, M. Pfeffermann, H. Liang, Z. Zheng, X. Zhu, J. Zhang, X. Feng “Large-Area, Free-Standing, Two-Dimensional Supramolecular Polymer Single-Layer Sheets for Highly Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution.” Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 12058 DOI: 10.1002/anie.201506048 | |
| J. Lenz, F. del Giudice, F.R. Geisenhof, F. Winterer, R.T. Weitz "Vertical, electrolyte-gated organic transistors: continuous operation in the MA/cm2 regime and use as low-power artificial synapses." Nat. Nanotechnol. 2019,14, 579 DOI: 10.1038/s41565-019-0407-0 | |
| I. Vladimirov, S. Müller, R.-P. Baumann, T. Geßner, Z. Molla, S. Grigorian, A. Köhler, H. Bässler, U. Pietsch, R.T. Weitz "Dielectric/semiconductor interface limits charge carrier motion at elevated temperatures and large carrier densities in a high-mobility organic semiconductor." ." Adv. Func. Mater. 2019,29, 1807867 DOI: 10.1002/adfm.201807867 |