Une découverte des chercheurs de l'Université de l'Indiana pourrait faire progresser le stockage à long terme des déchets nucléaires, une tâche de plus en plus lourde et coûteuse pour les organismes publics et privés qui protègent les gens contre ces produits chimiques nocifs.

Dans une étude publiée le 14 septembre, les scientifiques rapportent avoir développé un nouveau principe chimique susceptible de révolutionner la création de molécules spécialement conçues pour extraire les éléments radioactifs des déchets nucléaires, réduisant considérablement le volume de ces matières dangereuses. La méthode est également applicable aux molécules créées pour extraire des polluants chimiques de l'eau et du sol.

"Ce travail représente une avancée majeure dans l'effort pour concevoir des nanostructures spécialement conçues en fournissant un nouveau, méthode très précise pour prédire comment ces molécules se comporteront en solution, " a déclaré l'auteur principal Amar Flood, professeur au département de chimie du IU Bloomington College of Arts and Sciences.

La recherche est rapportée dans un article de couverture dans la revue Chimie .

Flood a déclaré que l'étude aborde le fait qu'il est presque impossible de prédire l'efficacité avec laquelle une molécule modifiée fonctionnera dans le monde réel. En effet, les chimistes ne peuvent actuellement concevoir que des molécules fonctionnant de manière isolée, malgré le fait que les molécules existent en combinaison - ou "en solution" - avec d'autres molécules. Eau salée, par exemple, est une solution de sel dans l'eau.

Il a comparé la situation à la conception d'une machine dans l'espace et à sa mise en place au fond de l'océan. L'appareil gorgé d'eau ne fonctionnera pas de la même manière que la conception d'origine.

Ceci est particulièrement grave car la création de molécules artificielles pour remplir une fonction spécifique nécessite une conception extrêmement précise, comme la construction d'une serrure pour s'adapter à une clé. Par exemple, une molécule spéciale développée par le laboratoire de Flood, appelé cyanostar, se compose d'un réseau en forme d'étoile à cinq côtés d'atomes de carbone et d'azote avec un centre vide - la " serrure " - dont la forme spécifique fait que les molécules chargées négativement telles que les phosphates et les nitrates - la " clé " - s'accrochent au centre et se cassent loin de leur hôte précédent. Si la solution se remplit ou déforme la serrure, la clé pourrait ne plus fonctionner.

Des structures telles que la cyanostar sont également appelées « molécules réceptrices » car elles sont spécialement conçues pour recevoir des molécules spécifiques. En plus de réduire les déchets nucléaires, cette technologie peut être utilisée pour éliminer le chlorure de l'eau - une partie du processus utilisé pour convertir l'eau de mer en eau douce - pour éliminer les excès d'engrais chimiques du sol, ou pour recueillir les ions lithium utilisés dans les énergies renouvelables.

Avec les méthodes décrites dans le document, L'inondation a dit, les chimistes peuvent commencer à concevoir de nouvelles réactions moléculaires avec l'objectif final à l'esprit. Spécifiquement, le nouveau principe constate que l'attraction entre les molécules réceptrices et les molécules d'ions chargées négativement est basée sur la constante diélectrique du solvant dans lequel elles sont combinées. Une constante diélectrique est une mesure de la capacité d'une substance à stabiliser la charge électrique.

Pour tester leur méthode, l'équipe IU a appliqué son principe chimique nouvellement développé au triazolophane, une molécule conçue pour extraire le chlorure des molécules environnantes, en combinaison avec des solvants chimiques couramment utilisés dans les réactions pour éliminer les ions indésirables d'autres liquides. Dans chaque cas, les principes découverts par le groupe de Flood ont prédit avec précision l'efficacité des molécules.

Le chercheur principal responsable de la méthode est Yun Liu, un doctorat étudiant dans le laboratoire de Flood.

"Le paradigme actuel ne fonctionne que pour les conceptions moléculaires sur la planche à dessin, en théorie, ", a déclaré Liu. "Mais nous voulons fabriquer des molécules qui fonctionneront dans la pratique pour aider à résoudre des problèmes dans le monde réel."

L'équipe a également noté que la capacité de prédire avec précision comment une molécule fonctionnera en solution aidera au développement de simulations informatiques très précises pour tester rapidement des molécules modifiées chimiquement conçues pour obtenir des effets spécifiques.