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Un matériau solide qui conserve sa porosité à l’état liquide

Les propriétés de porosité d’un type de réseaux métallo-organiques (MOF) à base de zinc sont conservées en phase liquide d’après des recherches menées par une équipe de scientifiques internationale dirigée par des chercheurs de l’Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech).
Les MOF sont des matériaux avec une grande porosité. Cette propriété provient des contraintes géométriques qui naissent de la combinaison de leurs briques élémentaires (métalliques et organiques). Dans la plupart des MOF, une augmentation de température entraîne la rupture des liaisons au sein de la partie organique. La structure est détruite avant que la température de fusion soit atteinte, et le matériau perd donc sa porosité à l’état liquide. En revanche, le MOF étudié par les scientifique de l’Institut de Chimie Paris est stable thermiquement et sa température de fusion est basse. Il est composé d’édifices moléculaires en forme de pyramide avec un atome de zinc entouré de quatre imidazolates, des molécules organiques cycliques. Des simulations moléculaires ont permis de suivre l’évolution de la position des atomes de la structure au cours du temps : lorsque la température augmente, il y a rupture d’une liaison entre un imidazolate et le zinc. La structure pyramidale se brise, mais la place vacante est alors occupée par un autre cycle lâché par une pyramide voisine. Les molécules organiques se déplacent d’un atome de zinc l’autre, et ces échanges donnent naissance à un liquide. La structure de base, et donc la porosité du matériau, sont conservées à l’état liquide.
Les MOF sont des molécules prometteuses pour le stockage des gaz, notamment de l’hydrogène dans les piles à combustible. Par ailleurs, la modification chimique de leur surface interne (et donc de leur affinité pour différents gaz) permet d’optimiser le processus de séparation. Plus faciles à stocker et à mettre en œuvre que leurs homologues solides, les MOF liquides offrent de nouvelles perspectives pour ces applications industrielles. Et ils pourraient également servir d’intermédiaire pour produire des verres poreux coulés et façonnés à volonté.

[Industrie et Technologies, 27/10/2017]
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