Controlling Charge Transport in 2D Conductive MOFs─The Role of Nitrogen-Rich Ligands and Chemical Functionality

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作者
Petru Apostol,Sai Manoj Gali,Alice Su,Da Tie,Yan Zhang,Shubhadeep Pal,Xiaodong Lin,Vasudeva Rao Bakuru,Darsi Rambabu,David Beljonne,Mircea Dincă,Alexandru Vlad
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
被引量:24
标识
DOI:10.1021/jacs.3c07503
摘要

Two-dimensional electrically conducting metal-organic frameworks (2D-e-MOFs) have emerged as a class of highly promising functional materials for a wide range of applications. However, despite the significant recent advances in 2D-e-MOFs, developing systems that can be postsynthetically chemically functionalized, while also allowing fine-tuning of the transport properties, remains challenging. Herein, we report two isostructural 2D-e-MOFs: Ni3(HITAT)2 and Ni3(HITBim)2 based on two new 3-fold symmetric ligands: 2,3,7,8,12,13-hexaaminotriazatruxene (HATAT) and 2,3,8,9,14,15-hexaaminotribenzimidazole (HATBim), respectively, with reactive sites for postfunctionalization. Ni3(HITAT)2 and Ni3(HITBim)2 exhibit temperature-activated charge transport, with bulk conductivity values of 44 and 0.5 mS cm-1, respectively. Density functional theory analysis attributes the difference to disparities in the electron density distribution within the parent ligands: nitrogen-rich HATBim exhibits localized electron density and a notably lower lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy relative to HATAT. Precise amounts of methanesulfonyl groups are covalently bonded to the N-H indole moiety within the Ni3(HITAT)2 framework, modulating the electrical conductivity by a factor of ∼20. These results provide a blueprint for the design of porous functional materials with tunable chemical functionality and electrical response.
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