Координационные нанолисты — это уникальные двумерные материалы, созданные за счет соединения плоских органических молекул с ионами металлов. Их используют в аккумуляторах, электронике и катализаторах благодаря отличной проводимости, способности к окислению-восстановлению и высокой каталитической активности. Последние десять лет ученые синтезировали такие структуры, например, связывая никель с бензолгексатиолом (BHT), но метод был несовершенен: требовалась реакция на границе двух несмешивающихся жидкостей.

Еще сложнее оказалось создавать гетерометаллические нанолисты — с двумя или более типами металлов. Группа профессора Хироши Нишихары из Токийского университета науки решила обе проблемы. Они разработали однофазный метод, позволяющий контролировать структуру нанолистов, просто меняя соотношение никеля и BHT. Полученные коллоидные растворы можно наносить на электроды как чернила или использовать для дальнейших реакций.

Покрыв стеклоуглерод NiDT и NiBHT, ученые обнаружили, что пористый NiDT проявляет электрохимическую активность, а плотный NiBHT — нет. NiDT также показал себя как эффективный катализатор для выделения водорода. Вдохновившись успехом, команда синтезировала аналогичные нанолисты с медью и цинком, а затем создала гибридные структуры NiCu₂BHT и NiZn₂BHT, добавляя ионы меди или цинка в коллоидный раствор NiDT.

Подробности опубликованы в издании Small.

Другой подход — реакция трансметаллирования, где никель в NiBHT заменяли на медь, получая кристаллические проводящие нанолисты.

Трансметаллирование — реакция, где один металл в соединении замещается другим. Например, если в нанолисте никель заменить на медь, свойства материала изменятся: может вырасти проводимость или появиться каталитическая активность.

NiCu₂BHT сочетает высокую проводимость и упорядоченную структуру, что открывает дорогу для электроники, — поясняет Нишихара.

Итог: два новых метода синтеза нанолистов в форме чернил, которые можно наносить на любые поверхности или использовать в химических процессах. «Теперь их можно массово производить с помощью печати и сразу внедрять в гибкую электронику, датчики или катализаторы для получения водорода», — заключает профессор.

Главный прорыв — упрощение синтеза и контроль над структурой. Коллоидные растворы-чернила позволяют печатать нанолисты на гибких подложках, что критично для wearable-устройств. Каталитические свойства NiDT пригодятся в «зеленой» энергетике, особенно для производства водорода. Гибридные нанолисты (NiCu₂BHT) могут стать основой для быстрой электроники: их проводимость и стабильность выше, чем у многих органических аналогов.

Однако неясно, насколько методы масштабируемы. Коллоидные растворы требуют точного контроля условий, а трансметаллирование пока работает только для конкретных пар металлов. Также нет данных о долговечности таких материалов в реальных устройствах — например, под нагрузкой или в агрессивных средах.

Ранее ученые открыли новый метод выращивания полезных квантовых точек.