Les scientifiques de la Northwestern University ont construit un matériau structurellement complexe à partir de deux blocs de construction simples qui constituent la structure métallo-organique à la plus faible densité jamais réalisée.

Réalisé par des règles de conception développées par les scientifiques, les atomes d'uranium et les lieurs organiques s'auto-assemblent en un magnifique cristal, un grand filet 3-D aéré de pores très spacieux et utiles. Les pores sont si spacieux, En réalité, que les scientifiques ont niché une grande enzyme à l'intérieur d'un pore - ce n'est pas un mince exploit. Le matériau peut agir comme un échafaudage protecteur pour les enzymes.

"Nous construisons avec une précision à un atome, " a déclaré Omar K. Farha, un professeur-chercheur de chimie au Weinberg College of Arts and Sciences qui a dirigé la recherche. "Notre matière commence au niveau des atomes individuels, mesuré en angströms, et se termine au niveau des centaines de microns, où nous pouvons tenir le petit cristal avec une pince à épiler et le voir à l'œil nu."

L'étude a été publiée dans le numéro du 12 mai de la revue Science .

La matière est très légère, bien qu'il soit fabriqué à partir d'uranium, l'un des éléments les plus lourds du tableau périodique. (Les scientifiques ont utilisé de l'uranium 238, un isotope non radioactif.) Les atomes d'uranium sont si éloignés les uns des autres dans la structure que le cadre métal-organique (MOF) prend le titre de densité la plus faible de tous les concurrents.

"C'est contre-intuitif, " dit Farha, spécialisé dans la conception rationnelle de MOF pour la catalyse, applications de détection et de stockage.

"Ce matériau n'a jamais été vu ou prédit auparavant. Malgré ses débuts simples, la structure de notre MOF a une complexité structurelle sans précédent. Et nous venons de gratter la surface de la construction de structures sophistiquées à l'aide de simples blocs de construction."

La découverte dévoile le potentiel de créer des règles de conception générales pour l'auto-assemblage de des structures complexes à partir de briques élémentaires tout en mettant en évidence le potentiel des actinides, comme l'uranium, en synthèse de matériaux, dit Farha.

Les chercheurs peuvent désormais appliquer le nouvel ensemble de règles de conception pour la construction ascendante afin de synthétiser divers nouveaux matériaux avec des structures complexes préconçues et prévisibles.

Les charpentes métallo-organiques sont bien ordonnées, cristaux en forme de réseau. Les nœuds des réseaux sont des métaux, et des molécules organiques relient les nœuds. Le nouveau MOF, appelé NU-1301, est composé uniquement de nœuds d'oxyde d'uranium et d'unités de liaison organique tricarboxylate. Cette simplicité rend le MOF pertinent sur le plan industriel.

En plus de la complexité structurelle, NU-1301 a une surface très élevée, volume des pores et stabilité de l'eau et peut être utilisé pour séparer les petites molécules organiques et les grandes molécules biologiques, ou enzymatiques, en fonction de leurs tailles et charges.

Chaque maille élémentaire, l'unité de base qui se répète en trois dimensions pour créer la structure cristalline, est composée de 816 nœuds d'uranium et de 816 lieurs organiques. Une cellule unitaire mesure 173 angströms de diamètre, et ça continue de se répéter. Les mailles unitaires s'assemblent en pentagones et hexagones, se transformant finalement en un cristal pouvant atteindre un quart de millimètre de large.

L'article s'intitule "Construction de bas en haut d'une superstructure dans un cristal organique d'uranium poreux".