Forscher am Center for Research in Biological Chemistry and Molecular Materials (CiQUS) der Universidade de Santiago de Compostela (USC) haben eine neue Strategie zur Herstellung halbleitender Covalent Organic Frameworks (COFs) entwickelt, die vollständig ohne chemisches Dotieren auskommt.
Bisher mussten COFs, um elektrische Leitfähigkeit zu erzielen, typischerweise mit externen Dotierstoffen wie Iod oder starken Redoxmitteln behandelt werden. Solche Behandlungen beeinträchtigen jedoch häufig die Kristallinität, Stabilität und Reproduzierbarkeit der porösen Materialien und können deren einzigartige Eigenschaften negativ verändern.
Der neue Ansatz integriert stattdessen neutrale Radikale direkt in das kovalente Gerüst. Diese stabilisierten Spezies mit ungepaarten Elektronen ermöglichen einen intrinsischen Ladungstransport durch das Material, ohne dass eine nachträgliche chemische Modifikation nötig wäre. Die Halbleiterfunktionalität ist somit strukturell in das Framework eingebaut und bleibt an die geordnete Kristallstruktur gekoppelt.
Die Kombination aus hoher Porosität, modularer Bausteinkontrolle und inhärenter Leitfähigkeit macht die neuen Materialien besonders interessant für die organische Elektronik und Energiespeicherung – etwa für Transistoren, Sensoren, Elektroden oder Systeme, in denen sowohl Ionen als auch Elektronen ($e^-$) transportiert werden müssen. Da die Porosität erhalten bleibt, könnten die Materialien zudem in Anwendungen mit Gasteinschluss oder elektrochemischen Prozessen punkten.
Die Arbeiten zeigen eindrücklich, wie gezieltes Moleküldesign die Grenzen klassischer Dotierungskonzepte überwinden und den Weg für eine neue Generation dotierfreier, poröser organischer Halbleiter ebnen kann.
Hintergrund: Covalent Organic Frameworks sind kristalline, poröse Polymere aus leichten Elementen, die durch kovalente Verknüpfung definierter molekularer Bausteine entstehen; ihre elektronischen Eigenschaften lassen sich über die Wahl der Bausteine gezielt einstellen.
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