Quand le désordre s'invite dans des matériaux poreux

Publié par Redbran le 30/04/2021 à 13:00
Source: CNRS INC
Les matériaux poreux comme les zéolites ou les "Metal-organic frameworks" (MOF's)* sont utilisés par l'industrie dans des procédés de séparation, stockage et transformation chimique de molécules. La plupart du temps ordonnés, voire cristallins, l'uniformité de leur structure permet de prédire et contrôler facilement leurs propriétés. Mais qu'en est-il pour des structures désordonnées comme les verres amorphes ou les états liquides poreux ?

Dans une étude récemment publiée dans la revue Nature Materials, les scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) (CNRS/Chimie ParisTech (ParisTech, ou Institut des sciences et technologies de Paris, est un établissement qui...), PSL University) montrent comment le désordre confère des propriétés inédites à ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...).


Structure désordonnée du ZIF-4 en phase liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). © Ella Marushchenko (Ella Maru Studio, Inc.)

Les matériaux poreux sont couramment utilisés par l'industrie dans des procédés de séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...), stockage et transformation chimique (catalyse) de molécules. On trouve ainsi des charbons actifs, silices mésoporeuses, zéolithes, et plus récemment des "metal-organic frameworks" dans de nombreuses applications industrielles et domestiques, allant de la séparation des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), du stockage de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et de l'échange d'ions à la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...) hétérogène et à la chimie verte. La plupart de ces matériaux utilisés à large échelle sont très ordonnés, voire cristallins, et l'uniformité de leur structure est souvent considérée comme un avantage, voire comme un élément essentiel, pour la capacité des chercheurs à prédire les propriétés de ces matériaux et les contrôler.

Lorsque ces matériaux sont dans des états désordonnés, notamment sous forme de verres poreux et de liquides poreux, les scientifiques de l'Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech, PSL University) viennent de montrer que le désordre leur conférait de nouvelles propriétés qui n'étaient pas accessibles dans les phases cristallines. Ils présentent une meilleure stabilité thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...), une plus grande résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...), une transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) utile pour les applications, et leur mise en forme est plus facile. Grâce à des simulations numériques, l'équipe propose une rationalisation du comportement de ces matériaux désordonnés en les classant par familles selon la nature de leurs constituants (organique, inorganique, hybride) mais également selon la nature du désordre topologique. Cette classification va permettre de mieux comprendre les tendances observées et d'orienter les synthèses vers de nouveaux matériaux aux propriétés souhaitées.

Note:
* Les [i]metal-organic frameworks
(MOF) sont des composés constitués d'ions métalliques reliés par des ligands organiques pour former des structures poreuses.[/i]

Référence:
Thomas D. Bennett, François-Xavier Coudert, Stuart L. James & Andrew I. Cooper.
The Changing State of Porous Materials
Nature Materials 2021
DOI: 10.1038/s41563-021-00957-C

Contacts:
- François-Xavier Coudert - fx.coudert at chimie-paristech.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Institut de chimie du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...) - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC - inc.communication at cnrs.fr
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