Défauts et désordre dans les matériaux poreux hybrides organiques-inorganiques

 

L’équipe Chimie Théorique et Modélisation publie, dans Nature Communications, la première démonstration d’une organisation à l’échelle nano des défauts dans les matériaux poreux hybrides organiques-inorganiques. Ces travaux sont le résultat d’une collaboration avec l’équipe du professeur Andrew Goodwin, à l’université d’Oxford, et celle du professeur Xiaodong Zou à l’université de Stockholm. 
 
Les matériaux poreux hybrides organiques-inorganiques sont une nouvelle famille de matériaux, découverte et développée au cours des 15 dernières années, dévelopés en laboratoire et proposés pour des applications industrielles aussi variées que la catalyse, la capture et le stockage de CO2, et la vectorisation thérapeutique. Ces matériaux sont formés par un assemblage régulier de briques métalliques et de briques organiques, produisant une charpente cristalline tridimensionnelle. Selon les conditions de synthèse, ces cristaux présentent un taux plus ou moins élevé de défauts, c’est-à-dire d’unités métalliques ou organiques manquantes dans la structure. On pensait jusqu’ici que ces défauts étaient répartis de manière aléatoire dans le cristal, mais l’étude publiée dans Nature Communications montre pour la première fois que ce n’est pas nécessairement le cas !
 
En couplant plusieurs techniques expérimentales de synthèse et de caractérisation et les outils de la chimie théorique, les chercheurs ont pu montrer que les défauts des matériaux de la famille UiO-66 ne sont pas répartis aléatoirement dans la structure, mais présents sous forme de nano-domaines défectueux de structure bien définie. Ces observations ouvrent la voie à une nouvelle manière de considérer les défauts dans les structures nanoporeuses, et permettront de mieux comprendre leur influence sur les propriétés physiques et chimiques des cristaux. En controllant leur concentration et la taille des nanodomaines ainsi produits, il devient même possible d’utiliser ces défauts pour améliorer les performances des matériaux pour les applications comme la capture de CO2 ou la catalyse.