Un nouveau tamis moléculaire en oxyde de tungstène à coloration ajustable
Publié par Redbran le 19/02/2019 à 14:00
Source: CNRS INC
Certains matériaux poreux sont de véritables tamis moléculaires: des molécules se logent dans leurs cavités où elles peuvent réagir, engendrant des propriétés de catalyse et de capture moléculaire. Une importante équipe de chimistes a découvert un nouvel 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 tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74.), qui est un tamis moléculaire très particulier. Ce matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une...), présenté dans la revue Nature Communications, change de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) selon l'occupation des cavités. Sa capacité à réagir très rapidement pourrait servir au stockage et à la conversion d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.).


Cliché de microscopie électronique d'une nanoplaquette du nouveau matériau nanoporeux. Les points clairs indiquent les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre....) de tungstène. L'échelle est de 5 nm. La structure cristalline est superposée à l'image (à gauche) et agrandie (à droite). Elle est constituée de tétraèdres WO6 (en bleu). Les cavités peuvent accueillir et relarguer différentes espèces moléculaires et ioniques.
@ David Portehault.

Les tamis moléculaires sont des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) constitués de pores qui leur permettent de retenir différentes espèces chimiques et de les échanger avec le milieu extérieur. Les espèces insérées peuvent aussi interagir avec les murs des pores. Les exemples les plus connus sont les zéolithes, des cristaux poreux d'aluminosilicates très utilisés pour catalyser des réactions chimiques ou pour capturer et fixer des molécules indésirables. Quand ces matériaux sont constitués de métaux particuliers (métaux de transition) capables d'accepter ou de donner des électrons, de nouvelles fonctionnalités émergent. Les métaux sont alors entourés de six atomes d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), définissant un octaèdre (Un octaèdre (du grec oktô, huit et hedra, face) est un polyèdre à huit faces. Si ses faces sont triangulaires, il possède alors douze arêtes et six sommets.). On parle ainsi de "tamis moléculaires octaédriques".

En cherchant à synthétiser des oxydes de tungstène inédits par 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...) douce, c'est-à-dire dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) proche des conditions ambiantes, des scientifiques ont découvert un nouveau tamis moléculaire octaédrique, sous forme de plaquettes nanométriques. L'organisation (Une organisation est) des pores optimise leur accessibilité et leur 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...) d'échange avec 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...) extérieur. Importants et très rapides, ces échanges impliquent des transferts d'électrons avec les espèces captées. Cet effet fait passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) le matériau en moins d'une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) d'un état incolore à un état opaque de couleur bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte...) roi. On parle de matériau électrochrome. Outre le fait qu'il puisse servir à instantanément opacifier/rendre transparentes des vitres, que ce soit pour des questions de discrétion ou pour gérer l'ensoleillement, la structure de ce matériau intrigue les chercheurs. Elle offre de nouvelles potentialités pour développer des batteries, ou encore dans la 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 est en général en...) de réactions pour la conversion d'énergie.

Ces travaux ont mobilisé des scientifiques du Laboratoire Chimie de la Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) Condensée de 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 centre...) (LCMCP, CNRS/Collège de France/Sorbonne 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 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...) de Chimie de Paris (IRCP, CNRS/PSL/Chimie ParisTech), de l'Unité de Catalyse et Chimie du Solide (UCCS, CNRS/ENSC Lille/Centrale Lille/Université d'Artois/Université de Lille), de l'Institut des Nanosciences de Paris (INSP, CNRS/Sorbonne Université), de l'Institut Parisien de Chimie Moléculaire (IPCM, CNRS/Sorbonne Université), de 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 supérieures)....) Complutense de Madrid (Madrid est la capitale de l'Espagne. Ville la plus vaste et la plus peuplée du pays, c'est le chef-lieu de la Communauté autonome de Madrid qui appartient à la province de Madrid. Elle abrite également le...) et du centre de recherches d'Aubervilliers de SOLVAY.

Références publication
Julie Besnardiere, Binghua Ma, Almudena Torres-Pardo, Gilles Wallez, Houria Kabbour, José M. González-Calbet, Hans Jürgen Von Bardeleben, Benoit Fleury, Valérie Buissette, Clément Sanchez, Thierry Le Mercier, Sophie Cassaignon, David Portehault.
Structure and electrochromism of two-dimensional octahedral molecular sieve h'-WO3
Nature Communications -Janvier 2019 - Doi: 10.1038/s41467-018-07774-x

Contact chercheur:
David Portehault, LCMCP UMR7574, Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de...) Université
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