Des chercheurs de l'Université de Kyoto ont conçu un système à température contrôlée, matériau à base de cuivre pour le tamisage ou le stockage des gaz. Le principe utilisé pour concevoir le matériau, décrit dans le journal Science , pourrait servir de modèle pour développer des matériaux nanoporeux avec une grande variété d'énergie, applications médicales et environnementales.

Les nanomatériaux poreux qui sont actuellement utilisés pour la séparation et le stockage des gaz ne sont pas réglables car leurs pores sont persistants et rigides. Susumu Kitagawa, Nobuhiko Hosono, et leurs collègues de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto voulaient trouver un moyen de modifier dynamiquement la taille des pores dans ce type de matériau.

Ils ont conçu un polymère de coordination poreux formé d'atomes de cuivre liés par des ligands en forme de papillon fabriqués à partir d'acide isophtalique et de phénothiazine-5, 5-dioxyde. Le matériau résultant était composé de minuscules nanocages, chacun avec huit canaux en saillie. A des températures très basses, les canaux reliant les nanocages étaient si étroits qu'ils étaient effectivement fermés. Au fur et à mesure que la température augmentait, les canaux se sont progressivement élargis, permettant aux molécules de gaz de se déplacer entre les cages.

L'équipe a découvert qu'un gaz pouvait se déplacer ou se bloquer dans le matériau en fonction de la taille des molécules du gaz et de la largeur des canaux du matériau à une température donnée. Ils ont également constaté que le matériau adsorbait un gaz à haute température et le retenait lorsque les températures ambiantes étaient appliquées, stocker efficacement le gaz.

Par ailleurs, lorsque les chercheurs ont appliqué des mélanges de gaz au matériau, ils ont découvert qu'ils pouvaient séparer les gaz en fonction de la température appliquée. Par exemple, le matériau adsorbait sélectivement l'oxygène lorsqu'un mélange gazeux de concentrations égales d'oxygène et d'argon était appliqué pendant une heure à une température de -93°C et une pression d'un bar. Le matériau adsorbait sélectivement l'oxygène même lorsque la concentration en argon dans le mélange était significativement plus élevée que celle de l'oxygène.

"Le système poreux présenté qui utilise un cadre robuste avec une fonctionnalité moléculaire thermiquement active réalise une adsorption/désorption de gaz à température régulée par conception, dans laquelle la flexibilité locale à l'ouverture joue un rôle central, " concluent les chercheurs.