Dans un laboratoire juste à l'extérieur de Barcelone, de minuscules particules s'organisent en structures tridimensionnelles ordonnées, comme de petites briques Lego animées qui s'enclenchent. Ces particules sont des hybrides organiques-inorganiques hautement poreux dont la taille et la forme peuvent être contrôlées pour ajuster les propriétés de l'ensemble résultant.

L'auto-assemblage est depuis longtemps omniprésent en chimie, science et biologie des matériaux, mais il apparaît maintenant comme une voie efficace vers une gamme de matériaux aux structures uniformes, notamment à l'échelle nanométrique. De nombreuses études à ce jour ont rapporté la synthèse de particules polymères et à base de métal qui s'auto-assemblent spontanément en superstructures tridimensionnelles ordonnées. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut catalan des nanosciences et nanotechnologies (ICN2) et de l'Institut des sciences des matériaux de Madrid (ICMM-CSIC) présentent leurs découvertes concernant les particules hybrides métal-organique, l'ajout de structures métallo-organiques (MOF) à la liste des composés pouvant être synthétisés pour l'auto-assemblage 3-D.

Les boulets de canon s'empilent facilement grâce à leur forme, en place quelle que soit leur orientation. Briques, cependant, doivent être alignés dans le bon sens pour créer une pile ordonnée. Lorsque cela est effectué à l'échelle nanométrique, les problèmes sont les mêmes. Une condition pour cet effet Lego stop-motion est que toutes les particules synthétisées présentent la même taille (monodispersité) et la même forme, de sorte que lorsqu'ils s'enclenchent, l'arrangement résultant est bien ordonné, bien emballé et fonctionnel.

Jusqu'à maintenant, cela n'avait jamais été réalisé pour les composés hybrides cristallins comme les MOF, malgré leurs géométries polyédriques. Mais dans ce dernier ouvrage, publié cette semaine dans Chimie de la nature , Des chercheurs espagnols rapportent la synthèse réussie des MOF "ZIF-8" et "UiO-66" avec l'homogénéité requise de taille et de forme.

Les superstructures 3D résultantes, constitué de plusieurs milliards de particules identiques disposées en cristaux de plusieurs millimètres de diamètre, présentent des propriétés typiques des cristaux photoniques, un nouveau matériau prometteur pour la manipulation de la lumière. En tant que tel, les nouvelles structures diffusent la lumière d'une manière qui donne de la couleur sans utiliser de pigments ou de colorants, connue sous le nom de couleur structurelle. Par ailleurs, en contrôlant la taille et la forme des particules à la synthèse, les chercheurs peuvent régler la bande interdite photonique du matériau pour déterminer la couleur obtenue.

Construit à partir de MOF, les nouvelles structures présentent également une porosité élevée, une caractéristique qui peut être exploitée dans les applications de détection. Différentes substances adsorbées dans les pores font que la lumière est réfractée en différentes couleurs. Cet effet peut être réglé de telle sorte qu'une couleur donnée indique la présence d'une substance donnée. La possibilité de former des superstructures 3D à partir d'unités poreuses ouvre également la porte à des applications basées sur l'alignement des pores à grande échelle, par exemple, pour produire des membranes améliorées pour l'adsorption de gaz et la catalyse.