Un dioxyde de titane hybride nanoporeux photoactif
Publié par Redbran le 28/05/2018 à 12:00
Source: CNRS-INC
Pour combiner les performances optoélectroniques déjà prometteuses du dioxyde de titane, utilisé notamment pour les cellules solaires, et celles des solides nanoporeux, des chercheurs de l'Institut des matériaux poreux de Paris (CNRS/ENS Paris/ESPCI/PSL Université), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) moléculaire et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) - Institut Charles Gerhardt Montpellier (CNRS/ENSCM/Université de Montpellier) et de l'Institut de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) de chimie Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au...) (CNRS/Chimie ParisTech/Ministère de la Culture/PSL Université) ont créé un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise en...) hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres...) nanoporeux stable et plus "vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette fréquence....)".


Légende: Le Ti-MOF se présente sous deux formes, basse température (LT, à gauche, vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de face) et haute température (HT, à droite, vue en perspective)
©Sujing Wang

Dentifrice, peinture, crème solaire (Une crème solaire est une crème ou une lotion dont le but est de protéger la peau de certains effets nuisibles dus aux rayonnements ultraviolets du soleil. Elle constitue un des moyens de la photoprotection...), caoutchouc... Avec sa faible toxicité (La toxicité (du grec τοξικότητα toxikótêta) est la mesure de la capacité d’une substance...), son abondance naturelle (L'abondance naturelle est le pourcentage en nombre d'atomes de chacun des isotopes tel que trouvé dans la nature. La masse atomique de chacun des isotopes multipliée par leurs...) élevée et sa stabilité remarquable, le dioxyde de titane (Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.) (TiO2) joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle essentiel dans de nombreux produits courants. Il connaît également une utilisation croissante dans les domaines avancés liés aux systèmes énergétiques (photocatalyse, cellules solaires) de par ses propriétés électrochimiques prometteuses. Afin d'améliorer encore ces performances, une équipe de chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés...) de l'Institut des matériaux poreux de Paris (CNRS/ENS Paris/ESPCI/PSL Université), de l'Institut Lavoisier de Versailles (CNRS/UVSQ), de l'Institut Charles Gerhardt Montpellier (CNRS/ENSCM/Université de Montpellier), du laboratoire Conditions extrêmes et matériaux: haute température et irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou accidentellement) un organisme, une substance, d'un corps à un flux de...) (CNRS/Université d'Orléans) et de l'Institut de recherche de chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech/Ministère de la Culture/PSL Université) a mis au point (Graphie) un matériau hybride nanoporeux à base de chaînes d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) – Ti-MOF – qui combine pour la première fois l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) des propriétés visées.

Un TiO2 avec une porosité parfaitement organisée à l'échelle atomique rendrait en effet accessibles les molécules au cœur de la structure, plutôt que de se limiter à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...). C'est un moyen efficace d'amplifier les réactions chimiques et d'augmenter la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une...) de réactifs et de produits au sein du matériau. Malheureusement, les essais actuels pour rendre cette structure poreuse conduisent à des matériaux de faible qualité en termes de stabilité et/ou de cristallinité. Les chercheurs se sont donc tournés vers les matériaux hybrides organiques/inorganiques poreux de type MOF. Synthétisé via un protocole respectueux de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) et facilement modulable sur le plan chimique, ce Ti-MOF présente une structure poreuse hautement cristalline avec une excellente stabilité chimique. De plus, la présence de nanofils d'oxyde de titane en son sein induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) un comportement intrinsèquement photoconducteur qui se rapproche de celui du dioxyde de titane dense, ce qui rend ce composé prometteur en tant qu'édifice préliminaire poreux pour de nombreuses applications potentielles. À titre d'exemple, l'introduction d'un polymère conducteur (donneur) au sein des pores du Ti-MOF (accepteur) conduit à une augmentation spectaculaire du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de vie (La vie est le nom donné :) des charges séparées sous irradiation, ce qui ouvre la voie vers de nouvelles applications en optoélectronique, catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui...) ou détection.

En collaboration avec l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Kyoto au Japon et le synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules élémentaires.) Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...).

Note:
Metal-Organic Framework (Un framework est un espace de travail modulaire. C'est un ensemble de bibliothèques et de conventions permettant le développement rapide d'applications. Il fournit suffisamment de briques logicielles et impose...) – MOF


Références publication:
Sujing Wang, Takashi Kitao, Nathalie Guillou, Mohammad Wahiduzzaman, Charlotte Martineau-Corcos, Farid Nouar, Antoine Tissot, Laurent Binet, Naseem Ramsahye, Sabine Devautour-Vinot, Susumu Kitagawa, Shu Seki, Yusuke Tsutsui, Valérie Briois, Nathalie Steunou, Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Maurin, Takashi Uemura, Christian Serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation...)
A Phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) Transformable Ultrastable Titanium-carboxylate Framework as A Porous Functional Scaffold
Nature Communications – Avril 2018
DOI:10.1038/s41467-018-04034-w

Contact chercheur:
- Christian Serre, IMAP FRE2000, ENS, ESPCI, PSL Université
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