Expirer sous pression, une équipe de Chimie ParisTech explique le mécanisme de ce comportement original d’un matériau nanoporeux

 

L’adsorption négative est un comportement anormal d’un matériau nanoporeux qui "expire en inspirant", libérant les molécules contenues dans ses pores lorsque la pression augmente. Ce phénomène contre-intuitif a été observé pour la première fois expérimentalement début 2016, dans le matériau DUT-49 (Dresden University of Technology) par une équipe franco-allemande comprenant ces même chercheurs de l’Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech) - lire l’article.

 

Le voile est désormais définitivement levé sur le comportement de ce matériau par une étude interdisciplinaire, alliant chimistes (CNRS / Chimie ParisTech) et physiciens (CNRS / École normale supérieure) pour comprendre le comportement de ce matériau à l’échelle microscopique.

 

Par des simulations moléculaires permettant de visualiser la dynamique de chacun des atomes du matériau au cours de la transition structurale induite par l’adsorption, l’équipe de Chimie ParisTech a pu montrer qu’il s’agissait d’un “pliage” concerté des molécules organiques formant la charpente du matériau DUT-49.  Ce mouvement de pliage du ligand, une petite molécule de 70 atomes, se comporte malgré sa petite taille exactement comme une barre d’acier qui se plierait sous le poids d’une charge : tout d’abord une résistance, suivie d’une compression soudaine par pliage au-delà d’une pression critique (on parle alors de “flambage”).

 

Les simulations moléculaires montrent également que la pression exercée sur le ligand, à l’échelle microscopique, est due l’adsorption des molécules de gaz au sein des pores du matériau. Cette compréhension nouvelle du mécanisme derrière l’adsorption négative ouvre la voie au design de nouveaux matériaux présentant cette propriété extraordinaire. Cette vidéo réalisée par les chercheurs de l’IRCP à l’origine de la découverte explique ce mécanisme.

 

Cette publication dans Chem, de Jack D. Evans, Lydéric Bocquet, François-Xavier Coudert est le fruit d’une collaboration entre Chimie ParisTech, le CNRS, et l’ENS, soutenue par PSL Research University. Elle représente une nouvelle étape dans la compréhension des MOF, ces matériaux nanoporeux qui suscitent un net engouement de la communauté des matériaux.

Les MOF ce sont en effet ces matériaux très intéressants et prometteurs, ceci en raison de leurs propriétés particulières et leurs nombreuses applications industrielles possibles. Parmi celles-ci notons le stockage de gaz,  tels que les gaz à effet de serre ou le méthane. Ces matériaux peuvent également être utilisés comme support catalytique, détecteur chimique, radiochimique, ou encore pour la vectorisation de principes actifs cosmétiques ou pharmaceutiques.  

Sources :

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.chempr.2016.11.004

http://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(16)30231-5

http://www.cnrs.fr/