Conductive Metal–Organic Frameworks - From Synthesis to Functions

Allgemeine Informationen

Metallorganische Gerüstverbindungen (engl.: metal-organic frameworks, MOFs) sind eine Klasse von kristallinen Koordinationspolymeren, die aus Metallionen/-clustern bestehen, welche durch organische Liganden verbunden sind. Aufgrund ihrer gut definierten Strukturen, ihrer großen spezifischen Oberfläche und ihrer strukturellen/chemischen Vielfalt haben MOFs als fortschrittliche Materialien für die Gasspeicherung/-trennung, Katalyse und Sensorik große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Herkömmliche dreidimensionale (3D) MOFs weisen jedoch aufgrund der großen Trennung der Metallzentren durch mehratomige und isolierende organische Liganden eine eher geringe elektrische Leitfähigkeit (<10-10 S cm-1) auf, was ihre elektronischen Anwendungen weitgehend einschränkt. 

Kürzlich wurde gezeigt, dass die Aufnahme von Gastmolekülen in MOFs die elektrische Leitfähigkeit aufgrund des Ladungstransfers von Gästen auf die Metallknoten oder organischen Linker erheblich verbessern kann, indem die Vorteile der porösen Struktur genutzt werden. Darüber hinaus könnte die Verknüpfung von redoxaktiven Liganden  ebenfalls einen weitreichenden Ladungstransport bewirken, was zu einer Leitfähigkeit von bis zu 10-1 S/cm führen würde. Andererseits haben jüngste Fortschritte gezeigt, dass der Aufbau von schichtgestapelten zweidimensionalen konjugierten MOFs unter Verwendung planarer organischer Liganden und quadratisch-planarer Metallkomplex-Bindungen, die eine starke Delokalisierung von π-Elektronen in der 2D-Ebene bewirken, zu einer erheblich verbesserten elektrischen Leitfähigkeit führen kann (bis zu ~2500 S cm-1). Bislang wurden verschiedene Arten von 2D c-MOFs auf der Grundlage von Benzoltriphenylen-, Phthalocyanin-, Coronen- und Dibenzo[g,p]chrysen-Derivaten mit funktionellen Gruppen (-OH, -NH2, -SeH oder -SH) synthetisiert. Diese 2D c-MOF-Materialien wurden erfolgreich als Elektrodenmaterialien für Anwendungen in der Elektronik, chemiresistiven Sensorik, Elektrokatalyse, Energiespeicherung und Supraleitung eingesetzt. Trotz der rasanten Entwicklung von 2D c-MOFs gibt es noch viele Herausforderungen und Möglichkeiten in Bezug auf neuartige Strukturen, kontrollierte Synthese und zuverlässige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie großartige Anwendungen.

Die Sommerakademie 2021 konzentriert sich auf Chemie, Synthese, Charakterisierung und Anwendungen von leitfähigen MOFs, um ihr Potenzial in der (Opto-)Elektronik, Magnetik, Spintronik und Energiespeicherung und -umwandlung zu ergründen:

• Chemische Methoden für neuartige leitfähige MOFs,
• Synthetische Strategien für Einkristalle, Nanoblätter und dünne Filme,
• Leitfähige MOF-Verbundwerkstoffe,
• Theoretische Modellierung von leitfähigen MOFs,
• MOFs für die (Opto-)Elektronik, wie z. B. Feldeffekttransistoren, Photodetektoren, Sensoren, Supraleiter, Thermoelektronik, 
• MOFs für die Magnetik und Spintronik,
• MOFs für die Energiespeicherung und -umwandlung, z. B. Batterien, Solarzellen, Superkondensatoren, Elektrokatalyse, Photokatalyse usw.

Referenten

• Dr. Guillermo Mínguez Espallargas, Universtiät Valencia, Spanien
• Dr. Zhehao Huang, Universität Stockholm, Schweden
• Dr. Lars Heinke, Karlsruher Institut für Technologie, Deutschland
• Prof. Dr. Natalia B. Shustova, Universität South Carolina, USA
• Prof. Dr. Enrique Cánovas Díaz, IMDEA Nanociencia, Spanien
• Prof. Dr. Mircea Dinca, Massachusetts Institute of Technology,  USA
• Dr. Renhao Dong, Technische Universität Dresden, Deutschland
• Prof. Dr. Thomas Heine, Technische Universität Dresden, Deutschland
• Prof. Dr. Xinliang Feng, Technische Universität Dresden, Deutschland
• Prof. Dr. Smaranda C. Marinescu, Universität South Carolina, USA
• Prof. Dr. Mark Allendorf, Sandia National Laboratories, USA

Programm

Organisatsteam