Une équipe de chercheurs coréens affiliée à l'UNIST a récemment annoncé le principe de produire des matériaux organiques poreux en un clin d'œil, comme tirer des balles. Ceci est similaire au mécanisme de réaction chimique dans les explosifs dans lequel le fait d'appuyer sur la gâchette fait exploser le détonateur.

Cette percée a été dirigée par le professeur Jong-Beom Baek de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST. L'étude démontre un protocole synthétique pour la formation d'un réseau organique poreux tridimensionnel via l'explosion à l'état solide de monocristaux organiques.

Les matériaux poreux tridimensionnels ont une surface spécifique élevée, ce qui pourrait être utile pour des applications telles que les supports catalytiques, captage et stockage de gaz, conversion et stockage d'énergie, optoélectronique et semi-conducteurs. Des exemples typiques sont les zéolites et les matériaux de type zéolite. Cependant, dans les années récentes, des études approfondies ont été menées pour produire des matériaux poreux à partir de matériaux organiques plus durables. Et ils utilisent une approche synthétique pour produire un réseau organique poreux 3-D dans des réactions en phase liquide en présence de solvants et/ou de catalyseurs appropriés. Cependant, les produits résultants sont de faible pureté, et donc, un post-traitement de purification devient nécessaire.

Dans l'étude, Le professeur Baek et son équipe ont introduit une nouvelle méthodologie synthétique pour la fabrication d'un réseau organique poreux en 3D avec une surface spécifique élevée via l'explosion à l'état solide de monocristaux organiques contenant des molécules d'amorce. La réaction explosive est réalisée par la réaction de Bergman (cycloaromatisation) de trois groupes enediyne sur 2, 3, 6, 7, 14, 15-hexaéthynyle-9, 10-dihydro-9, 10-[1, 2]benzénoanthracène (HEA), qui est un bloc de construction trifonctionnel (M3) auto-polymérisable avec trois groupes ènediyne (contenant une double liaison et deux triples liaisons). En général, les matériaux solides-organiques peuvent facilement fondre lorsque la chaleur est appliquée. Cependant, leurs monocristaux HEA nouvellement développés déclenchent une réaction explosive de Bergman et se transforment rapidement en matériaux poreux 3-D sans la présence de solvants et de catalyseurs lorsque la chaleur est appliquée.

"Les réactions à l'état solide peuvent donner des produits de haute pureté et donc le post-traitement pour la purification peut devenir inutile, " déclare le Dr Seo-Yoon Bae de l'École de génie énergétique et chimique, le premier auteur de l'étude. "En outre, les produits résultants sont d'une grande pureté, et donc, ont plus d'avantages que les réactions en solution ou en phase gazeuse.

Les monocristaux HEA se composent de neuf molécules HEA avec deux molécules d'acétone et une d'eau dans le réseau. Une chaleur exothermique élevée est libérée de manière explosive car le point d'ébullition de l'eau et de l'acétone est bas, selon l'équipe de recherche. Puisque l'eau bout à 100°C et l'acétone à 56°C, il y a une augmentation des énergies cinétiques entre les deux molécules lorsque de la chaleur est appliquée. Ainsi, avant que les monocristaux organiques ne fondent, les molécules d'acétone et d'eau (amorce pour déclencher l'explosion) sont libérées à l'extérieur, Les molécules HEA dans le réseau cristallin commencent à se réorganiser, ce qui est suivi d'une chaleur exothermique élevée (explosion de la poudre à canon).