Российские ученые синтезировали новые кристаллические материалы на основе изофталевой кислоты, устойчивые к высоким температурам и способные проводить ток. Эти свойства позволят использовать их в ионных аккумуляторах, топливных элементах и солнечных батареях. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemistry — A European Journal.
Изофталевая кислота используется в химической промышленности для производства бутылочного пластика, резины и материалов для изоляции. Ранее было показано, что некоторые ее производные — гидроксиизофталаты — имеют необычные для органических материалов характеристики, ценные для оптики и электроники. Например, они проявляют магнитные свойства, испускают свет при облучении ультрафиолетом и присоединяют различные металлы, за счет чего начинают проводить электрический заряд, поэтому становятся перспективными для использования в качестве полупроводников.
Ученые из Самарского государственного технического университета и ИНЭОС РАН синтезировали шесть стабильных кристаллических соединений на основе 4,5,6-тригидроксифталевой кислоты и металлов. Чтобы описать молекулярную структуру полученных материалов, авторы использовали рентгеновское излучение, а также оценивали спектр поглощения в инфракрасном и видимом свете и термоустойчивость.
Оказалось, что кристаллы состоят из параллельно уложенных рядов молекул кислоты, между которыми располагаются удерживаемые ею металлы. Такая структура обеспечивает транспорт электронов и протонов. Благодаря плотной упаковке между молекулами образуются дополнительные связи, создающие в кристалле так называемые молекулярные кластеры, которые увеличивают стабильность и термоустойчивость материала. Подобные свойства позволяют использовать тригидроксиизофталаты в качестве полупроводников со сниженной чувствительностью к скачкам напряжения и частоты переменного тока. Такие полупроводники полезны в устройствах для хранения и преобразования энергии, например в ионных аккумуляторах и солнечных батареях. Кроме того, ученые заметили, что при разных условиях синтеза металлы в кристалле связывают разное количество воды, что влияет на упорядоченность молекулярных слоев. Чем больше воды впитывается, тем менее организованной будет структура.
«Полученные нами результаты показали, что на основе 4,5,6-тригидроксиизофталевой кислоты можно синтезировать полимерные материалы с протонпроводящими свойствами. Шесть новых структур, представленных в этом исследовании, являются возможными широкополосными полупроводниками. Этот тип материалов позволяет устройствам работать при гораздо более высоких напряжениях, частотах и температурах, чем обычные органические полупроводники, тем самым расширяя сферы и возможности применения энергоносителей и аккумуляторов на их основе», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Евгений Александров.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
