Modes des liaisons C–H···N dans Py ouvert Diagrammes ⊃MeCN et crystal-packing de Pyopen⊃MeCN. (A) Dessins représentant les modes des liaisons C–H···N dans Py ouvert MeCN. (B à E) Représentations CPK des diagrammes cristallins de Py ouvert MeCN. Les contours orange indiquent les toits et les planchers à liaison C–H···N dans Py ouvert MeCN [(B) et (C)], et les contours violets en pointillés indiquent le mur relié au toit et au sol [(B), (C), et (E)]. Crédit :(c) Science (2018). DOI :10.1126/science.aat6394
Une équipe de chercheurs affiliés à plusieurs institutions au Japon a développé un matériau composé d'une seule molécule qui s'auto-forme en un réseau qui peut s'auto-cicatriser et stocker des gaz. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe décrit la synthèse de la molécule aromatique, qui porte une enveloppe extérieure symétrique.
Les chercheurs notent que la plupart des matériaux poreux sont fabriqués à partir de lieurs et d'unités de connexion - les cadres organométalliques en sont un exemple. De tels cadres sont souvent développés sur mesure pour permettre le stockage d'autres matériaux, comme l'hydrogène, dans les pores. L'inconvénient d'une telle approche est la multitude d'options disponibles, ce qui oblige les chercheurs à passer du temps à rechercher la structure optimale. Dans ce nouvel effort, les chercheurs rapportent le développement d'un nouveau matériau poreux fabriqué à partir d'une seule molécule synthétisée. Ils prétendent qu'il est possible de créer un complexe, type de matériau utile sans un ensemble complexe de blocs de construction.
La molécule que l'équipe a fabriquée avait une enveloppe extérieure symétrique, lui donnant une forme semblable à une hélice. Il se composait de trois parties polaires de dipyridylphényle accrochées à un mésitylène non polaire central. En présence d'isopropanol ou d'acétonitrile, il s'assemblait automatiquement en un réseau maintenu par des liaisons hydrogène (non classiques). Les chercheurs notent que les liaisons étaient plus faibles que les liaisons hydrogène normales mais étaient stables jusqu'à 202°C. Ils notent en outre que d'autres cristaux à usage similaire commencent à se dégrader à des températures de 130 °C. Au dessus du point stable, les pores du cristal ont commencé à s'effondrer, rendant le matériau non poreux, suggérant un moyen de fournir un matériau qu'il tenait. De façon intéressante, les chercheurs ont découvert que les pores pouvaient être régénérés en refroidissant le matériau et en le traitant avec de la vapeur d'acétonitrile, une forme d'auto-guérison.
Les chercheurs notent que la molécule de forme étrange sert de lieur et de connecteur permettant la création d'un simple réseau poreux dans un matériau. Ils notent également que les bras de l'hélice remplissent différentes fonctions - des murs, du toit au sol - tout autour de pores de 6 pouces de large qui offrent une taille capable de contenir de l'azote gazeux ou des solvants.
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