Structures organométalliques et zéolithes
Publié par Redbran le 13/01/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS
Faire progresser les conceptions synthétiques grâce à une meilleure connaissance du développement structurel des zéolithes

L'extension de la "fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) de flexibilité" des zéolithes apporte à la science des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les matériaux de construction (génie...) davantage de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) sur la conception des structures organométalliques et la détermination de leurs propriétés catalytiques, ouvrant la voie à de nouvelles applications.

Des chercheurs qui se sont appuyés sur les travaux du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) GROWMOF (Modelling of MOF self-assembly, crystal growth and thin film formation), financé par l'UE, ont réussi à utiliser des simulations moléculaires pour mieux comprendre la structure de l'aluminosilicate de zéolithe.

Ces connaissances contribueront aux efforts visant à concevoir des versions synthétiques "hypothétiques" susceptibles d'offrir un éventail plus large d'applications de ces excellents catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) dans le domaine de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), comblant ainsi un manque sur le marché.

La "fenêtre de flexibilité"

La zéolithe est un type de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage...) particulier capable d'emprisonner l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et qui est associé à 200 minéraux. Jusqu'à présent, l'aluminosilicate de zéolithe a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel...) des catalyseurs utiles au secteur de la 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...) qui ont permis de créer des produits très divers allant des dispositifs de traitement chimique aux litières pour chat (Le chat domestique (Felis silvestris catus) est un mammifère carnivore de la famille des félidés. Il est l’un des principaux animaux de compagnie et compte aujourd’hui une cinquantaine de races différentes...).

Bien que la structure tétraédrique des zéolithes apporte une forme, une 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...) et une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) chimiques parfaites pour produire des catalyseurs efficaces, leur adoption industrielle est freinée par la diversité limitée des structures disponibles. De nombreuses recherches ont été consacrées à la production de millions de nouvelles versions hypothétiques potentiellement synthétisables, avec des résultats limités jusqu'à présent.

L'équipe, à l'origine d'un article paru dans "Royal Society Publishing", a étudié la dite "fenêtre de flexibilité", grâce à laquelle la structure des zéolithes autorise un certain niveau de manipulation atomique tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en préservant la structure globale. De précédentes recherches avaient révélé que ce phénomène est observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus généralement une...) dans presque toutes les zéolithes naturelles, à l'exception de la goosecreekite. Il est par ailleurs peu courant dans les structures hypothétiques créées par les scientifiques, suggérant que son existence ferait de cet hypothétique un bon candidat à la synthèse.

Confiants dans la possibilité de localiser des candidats plus prometteurs, les chercheurs ont adopté des techniques de simulation démontrant que l'utilisation de contraintes plus douces dans la manipulation des éléments des "barreaux" de la structure tétraédrique des zéolithes pourrait ouvrir la fenêtre de flexibilité autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) des sites d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.). Grâce à cette technique, l'équipe a même pu trouver des preuves d'une fenêtre de flexibilité dans la goosecreekite.

Faire progresser la science des matériaux

L'étude vient compléter les travaux 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...) récemment menés par l'équipe sur la souplesse et sur la teneur hors-structure en faujasite. Elle s'appuie en outre sur ses travaux visant à étendre la méthodologie de logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont...) de simulation géométrique utilisée pour mieux comprendre les structures organométalliques (MOF). Les structures organométalliques sont des structures tridimensionnelles à angles métalliques et liants moléculaires organiques. Comme elles autorisent un éventail quasi infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier quelque chose qui n'a pas de limite en nombre ou en taille.) de combinaisons de matériaux, elles sont considérées comme l'une des avancées les plus prometteuses en science des matériaux. Parmi les applications évoquées par le projet GROWMOF figurent la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs...) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz...) et l'administration des médicaments.

Le projet GROMOF a été créé en sachant que, pour pouvoir exploiter le potentiel des structures organométalliques, il serait nécessaire de parvenir à une meilleure prévisibilité de leur analyse, à une appréciation plus exacte des propriétés matérielles obtenues et à l'identification du parcours complet allant de l'assemblage moléculaire à la croissance du cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition...) et à la formation du film mince.

Dans cet objectif, cette étude récente démontre clairement la possibilité d'étendre la simulation géométrique des structures pour aller au-delà de sa mission initiale consistant à modéliser des systèmes de silice (SiO2). Les chercheurs sont confiants dans le fait que ces travaux pourraient transformer radicalement notre compréhension de la formation des structures organométalliques à différentes échelles, tout en offrant de nouvelles voies de recherche pour la synthèse ciblée des structures organométalliques.

Pour plus d'informations, voir: page web (Une page Web est une ressource du World Wide Web conçue pour être consultée par des visiteurs à l'aide d'un navigateur Web. Elle a une adresse Web. Techniquement, une page Web est souvent...) du projet sur CORDIS
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