Le monoxyde de carbone est un poison insidieux car il aime le fer dans notre sang; il expulse l'oxygène de l'hémoglobine à base de fer, entraînant une asphyxie douloureuse.

Cette affinité pour le fer est utile dans un matériau nouvellement créé qui peut absorber le monoxyde de carbone bien mieux que d'autres matériaux, avec des applications potentielles dans des processus industriels comme la production de gaz de synthèse, où CO est un acteur clé, et les réactions où le CO est un contaminant indésirable.

Le nouveau matériau est une structure métal-organique - un matériau étonnamment poreux avec une liste croissante d'applications - qui incorpore des chaînes d'atomes de fer réglés pour attirer le CO et exclure d'autres composés chimiques. Lorsque le CO se lie à un atome de fer dans le MOF, il modifie l'environnement des atomes de fer voisins pour les rendre encore plus attractifs pour le CO, créant une réaction en chaîne.

"Nous voyons cet effet d'adsorption coopérative où la liaison à un site active les sites voisins, ce qui signifie que tout d'un coup vous passez d'une très faible adsorption à essentiellement une saturation du matériau en CO, " a déclaré le chercheur principal Jeffrey Long, professeur de chimie à l'UC Berkeley et chercheur au Lawrence Berkeley National Laboratory.

La liaison CO inverse l'état de spin du fer, d'où la terminologie de Long pour le matériau :MOF à transition de spin.

Il y a deux ans, Long est accidentellement tombé sur le premier de ce type d'adsorbant coopératif lorsqu'il a créé un MOF qui adsorbait le dioxyde de carbone bien mieux que d'autres matériaux.

"Le matériau de capture du dioxyde de carbone que nous avons eu en 2015 était un matériau unique en son genre pour l'absorption coopérative, ", a-t-il déclaré. "Maintenant, nous avons montré que des adsorbants MOF coopératifs peuvent être construits par conception pour cibler d'autres molécules clés d'intérêt industriel pour la séparation. C'est un nouveau mécanisme fondamental où, en ajustant les ligands liés au fer, vous pourriez obtenir des hydrocarbures insaturés comme l'acétylène, l'éthylène et le propylène pour se lier également."

La recherche, mis en ligne le 11 septembre avant la publication dans la revue La nature , a été soutenu par le Center for Gas Separations Relevant to Clean Energy Technologies, un centre de recherche Energy Frontier exploité conjointement par UC Berkeley et Berkeley Lab et financé par le département américain de l'Énergie.

Récupérer plutôt que brûler le monoxyde de carbone

Le CO est utilisé dans une variété de procédés industriels, y compris en tant que composant du gaz de synthèse - un mélange de CO et d'hydrogène utilisé pour fabriquer du carburant synthétique ou pour synthétiser d'autres produits chimiques. Ces MOF pourraient servir de réservoirs de CO pour maintenir le bon rapport CO/hydrogène pour une réaction particulière.

A l'état pur, Le CO est également essentiel dans la production de fer et d'acier. Long prédit que le nouveau MOF pourrait être utilisé pour extraire le CO des sous-produits de gaz mélangés d'une telle fabrication afin de fournir du CO recyclé à réutiliser. Dans la plupart des cas aujourd'hui, ces gaz mélangés sont brûlés, Longtemps dit, représentant une grande partie des gaz à effet de serre produits par l'industrie sidérurgique.

De tels MOF pourraient également aider à aspirer le CO dans les réactions où le CO empoisonne le catalyseur, comme dans la production d'ammoniac pour les engrais ou les polymères comme le polyéthylène et le polypropylène, et dans les piles à combustible à hydrogène.

"Il y a beaucoup d'endroits où l'on veut séparer suffisamment le CO dans l'industrie, et ces MOF à transition de spin peuvent potentiellement y avoir un rôle, " dit Long.

En pratique, les MOF adsorberaient le CO à température ambiante, puis être légèrement chauffé pour chasser le CO, préparer le MOF pour une réutilisation. Ces MOF à transition de spin peuvent être réglés avec précision de sorte que seule une petite augmentation de la température - de 20 C à 60 C, par exemple - libère le CO, nécessitant nettement moins d'énergie que les autres technologies de captage ou de stockage, comme la distillation cryogénique.

Par exemple, ils ont comparé leur MOF de transition de spin à une publicité, procédé d'absorption de liquide pour récupérer le CO, qui s'appelle COSORB. Les calculs initiaux ont montré que le MOF ne nécessite que 32 % de l'énergie pour capturer et réutiliser le CO en tant que processus COSORB.