Manutention, stockage, et le transport de l'ammoniac nécessite un équipement coûteux et des précautions spéciales en raison de sa corrosivité et de sa toxicité inhérentes. Des scientifiques à Manchester, ROYAUME-UNI, ont trouvé qu'une charpente métallo-organique, MFM-300 (Al), un solide poreux, non seulement filtre efficacement le dioxyde d'azote nocif, mais il a également des capacités exceptionnelles pour le stockage d'ammoniac. Comme détaillé dans le journal Angewandte Chemie , l'absorption et la libération réversibles d'ammoniac s'effectuent par un mode de sorption unique.

L'ammoniac est une source d'azote essentielle pour les plantes et c'est un produit chimique de base. Ce produit chimique indispensable, qui est fabriqué à grande échelle à partir d'azote et d'hydrogène atmosphériques, a été appelé "pain de l'air". Mais comment stocker et gérer cette ressource ? La forme gazeuse ou liquéfiée est corrosive et toxique. Le stockage et l'expédition sous pression ou à basse température sont coûteux et énergivores. Adsorption dans les solides poreux, comme les zéolithes ou les charpentes métallo-organiques – une stratégie actuellement largement testée dans le stockage d'hydrogène – pourrait être une option intéressante.

La structure métal-organique robuste MFM-300(Al) s'est avérée être un filtre puissant pour le dioxyde d'azote, qui est un polluant nocif dans l'air. Martin Schröder et ses collègues de l'Université de Manchester, ROYAUME-UNI, ont maintenant examiné MFM-300(Al) pour sa capacité à absorber l'ammoniac. Ils ont découvert qu'il pouvait absorber l'ammoniac gazeux jusqu'à une densité proche de celle de l'ammoniac liquide dans des conditions ambiantes. À environ zéro degré Celsius, il dépassait même cette densité.

Le MFM-300(Al) se compose de fragments d'hydroxyde d'aluminium et de ligands organiques d'acide biphényltétracarboxylique qui relient les sites d'aluminium pour former un cadre rigide « porte-vin », comme l'appelaient les auteurs. Au lieu de bouteilles de vin, les molécules de gaz se trouvent dans les nanocanaux et les pores.

Comme base, l'ammoniac se lie aux centres acides. Les auteurs ont identifié trois modes de liaison distincts basés sur des interactions électrostatiques. Au total, quatre molécules d'ammoniac associées à un centre d'aluminium, et un vide de forme carrée « porte-vin », peut être rempli de jusqu'à 16 molécules de gaz. Les scientifiques ont déterminé les modes de liaison par diffraction et raffinement de la poudre de neutrons, une technique qui peut résoudre les détails structurels avec une résolution atomique.

Les auteurs ont découvert que le tassement des molécules d'ammoniac était presque aussi dense que dans un liquide, et l'adsorption était réversible. Remplir et libérer les pores jusqu'à 50 fois a été possible sans aucune perte de capacité ni détérioration de l'armature, ils ont dit.

Et il existe un mode de sorption unique. En utilisant des expériences de marquage dans lesquelles l'hydrogène de l'ammoniac a été remplacé par du deutérium, les scientifiques ont découvert un échange rapide de deutérium avec l'hydrogène des parois des pores. Cela suggère que le mode de sorption ne pourrait pas être une pure physisorption basée uniquement sur des interactions électrostatiques. Cependant, la chimisorption n'était pas non plus responsable, car aucune liaison adsorbante ne s'était formée à l'interface. "Significativement, l'adsorption d'ammoniac deutéré dans MFM-300(Al) a révélé un nouveau type d'adsorption, " ont fait remarquer les auteurs. L'échange rapide de sites pourrait être l'une des raisons d'une absorption efficace de l'ammoniac.

Ce travail montre que la charpente métallo-organique est adaptée au stockage et à la manipulation de l'ammoniac à des densités proches de celles du gaz liquéfié et sous pression. Ammoniac, "pain d'air", pourrait en effet atteindre la consistance du pain.