Macrocycle-Based Metal–Organic Frameworks with NO2-Driven On/Off Switch of Conductivity

材料科学 导电体 金属有机骨架 吸附 分子 导线 纳米技术 氢键 金属 无机化学 化学工程 电导率 物理化学 有机化学 化学 复合材料 工程类 冶金
作者
Yun‐Xiang Ma,Bin Gao,Yongxin Li,Wei Wei,Yanli Zhao,Jian‐Fang Ma
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (23): 27066-27073 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsami.1c05481
摘要

Conductive metal-organic frameworks (MOFs) have a wide range of applications in supercapacitors, electrocatalysts, and fuel cells, while gas-driven conductive MOFs have not yet been synthesized so far. Herein, we report a gas-driven conductive MOF (A) constructed from calix[4]resorcinarene macrocycle and Co(II) cations, which shows the conductivity enhancement by about eight orders of magnitude through NO2 adsorption. The conductivities of MOF A before and after the adsorption of NO2 were calculated to be about 1.3 × 10-11 and 8.4 × 10-4 S/cm, respectively. MOF A realizes the conversion from an insulator to a conductor by adsorbing NO2. When NO2 is evacuated, MOF A quickly changes from a conductor back to an insulator in 42 s. In the crystal structure of NO2-adsorbed MOF (termed as A-NO2), NO2 molecule connects Co(II) and uncoordinated carboxylate groups through hydrogen-bonding interactions to form a conductive pathway, greatly reducing the electron transmission distance between each two metal clusters. In addition, NO2 molecule and H3O+ may also form a conductive pathway by hydrogen-bonding interactions. This work presents an interesting macrocycle-based MOF with a NO2-driven on/off conductivity switch, proving the possibility for designing advanced gas-driven conductive systems.
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