Le mot "défaut" évoque universellement quelque chose de négatif, caractéristique indésirable, mais les chercheurs de l'Energy Safety Research Institute (ESRI) de l'Université de Swansea ont un avis différent :dans le domaine des matériaux nanoporeux, les défauts peuvent être utilisés à bon escient, si l'on sait les apprivoiser.

Cadres organiques métalliques

Une équipe dirigée par le Dr Marco Taddei, Boursier Marie Sklodowska-Curie Actions à l'Université de Swansea, étudie comment les propriétés des charpentes métallo-organiques, une classe de matériaux ressemblant à des éponges microscopiques, peuvent être ajustés en profitant de leurs défauts pour mieux capter le CO2.

Le Dr Taddei a déclaré :« Les charpentes métallo-organiques, ou MOF, sont des matériaux extrêmement intéressants car ils regorgent d'espaces vides qui peuvent être utilisés pour piéger et contenir des gaz. En outre, leur structure peut être manipulée au niveau atomique pour les rendre sélectifs à certains gaz, dans notre cas, le CO2.

"Les MOF contenant l'élément zirconium sont spéciaux, dans le sens où ils peuvent supporter la perte de nombreuses liaisons sans s'effondrer. Nous voyons ces défauts comme une opportunité intéressante de jouer avec les propriétés du matériau."

Les chercheurs ont ensuite étudié comment les défauts participent à un processus connu sous le nom d'"échange post-synthétique", une procédure en deux étapes par laquelle un MOF est initialement synthétisé puis modifié par l'échange de certains composants de sa structure. Ils ont étudié le phénomène en temps réel en utilisant la résonance magnétique nucléaire, une technique de caractérisation courante en chimie. Cela leur a permis de comprendre le rôle des défauts au cours du processus.

La nouvelle étude apparaît dans la revue internationale à fort impact Angewandte Chemie .

"Nous avons constaté que les défauts sont des sites très réactifs au sein de la structure du MOF, et que leur modification affecte la propriété du matériau d'une manière unique." a déclaré le Dr Taddei "Le fait que nous ayons fait cela en utilisant largement une technique facilement accessible à tout chimiste du monde entier est à mon avis l'un des les points forts de ce travail."

Recherche ESRI

Directeur ESRI, Le professeur Andrew Barron est co-auteur de l'ouvrage, a déclaré :« À ESRI, nos efforts de recherche visent à avoir un impact sur la façon dont nous produisons de l'énergie, le rendre propre, sûr et abordable. Cependant, nous sommes bien conscients que le progrès de la recherche appliquée n'est possible que grâce à une compréhension approfondie des fondamentaux. Ce travail va exactement dans cette direction."

L'étude est une preuve de concept, mais ces résultats jettent les bases des travaux futurs, financé par le Conseil de recherches en génie et en sciences physiques. Les chercheurs veulent apprendre à manipuler chimiquement des structures défectueuses pour développer de nouveaux matériaux aux performances améliorées pour la capture du CO2 des gaz résiduaires des aciéries, en collaboration avec Tata Steel et University College Cork.

"La réduction des émissions de CO2 provenant de la production d'énergie et des procédés industriels est impérative pour éviter de graves conséquences sur le climat, " déclare le co-auteur Dr Enrico Andreoli, Maître de conférences à l'Université de Swansea et responsable du groupe de capture et d'utilisation du CO2 au sein de l'ESRI, « Les efforts de notre groupe ciblent le développement à la fois de nouveaux matériaux pour capturer efficacement le CO2 et de procédés pratiques pour convertir ce CO2 en produits de valeur. »

Dr Taddei, Le Professeur Barron et le Dr Andreoli sont les organisateurs du 1er Atelier Européen sur la Chimie des Phosphonates Métalliques, qui se tiendra à ESRI le 19 septembre 2018.