[News] Quand le désordre s’invite dans des matériaux poreux

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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 de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech, PSL University) montrent comment le désordre confère des propriétés inédites à ces matériaux.

Structure désordonnée du ZIF-4 en phase liquide. © Ella Marushchenko (Ella Maru Studio, Inc.)

Les matériaux poreux sont couramment utilisés par l’industrie dans des procédés de séparation, 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, du stockage de l'énergie et de l'échange d'ions à la catalyse 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, une plus grande résistance mécanique, une transparence optique 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 metal-organic frameworks (MOF) sont des composés constitués d'ions métalliques reliés par des ligands organiques pour former des structures poreuses.

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 - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin - Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC - inc.communication at cnrs.fr

Source: CNRS INC