Les gaz et les polluants peuvent être filtrés de l'air et des liquides au moyen de matériaux cristallins, tels que les charpentes métallo-organiques (MOF). Pour séparer davantage ces pores et améliorer leur capacité de sorption, une équipe de scientifiques a développé une stratégie synthétique deux-en-un rapide et polyvalente, combinant la coordination des métaux avec la chimie covalente des éléments légers. Comme détaillé dans une étude de la revue Angewandte Chemie , le nouveau matériau cloisonné par espace interstitiel pourrait être utilisé comme adsorbant très efficace de l'ammoniac.

La structure des MOF est un réseau de coordination de métaux avec des lieurs organiques, qui construit un réseau poreux tridimensionnel large et symétrique. Les gaz peuvent diffuser dans et hors des pores. Une fois dans un MOF, les molécules de gaz s'adsorbent au niveau des sites d'adsorption fournis par les ions métalliques et les molécules de liaison. Cependant, petites molécules de gaz comme le CO 2 , acétylène, et l'ammoniac n'ont pas besoin de gros pores pour être piégés, et il s'avère que parfois un réseau plus dense et plus de sites d'adsorption peuvent améliorer la capacité d'un MOF.

Par conséquent, une équipe de scientifiques dirigée par Pingyun Feng à l'Université de Californie, ETATS-UNIS, ont tenté de diviser les pores avec des ligands covalents, des molécules d'espacement qui s'assemblent par des réactions chimiques. Le partitionnement présente l'avantage supplémentaire de rendre le MOF plus stable. L'instabilité est l'une des raisons pour lesquelles les MOF n'ont pas encore trouvé d'utilisation généralisée, bien qu'ils soient des matériaux de sorption de gaz beaucoup plus efficaces que, par exemple, zéolites et charbon actif.

L'équipe de Feng, dont l'étudiant diplômé Yanxiang Wang, a choisi la molécule aromatique acide pyridine-4-boronique comme molécule de partage. C'est un ligand inhabituel. Il combine deux éléments légers différents avec une réactivité complémentaire :le bore est un acide de Lewis et a tendance à capter les agents à haute densité électronique, tandis que l'azote pyridinique est une base de Lewis à la recherche d'acides de Lewis avec lesquels réagir. Sous des conditions normales, ces molécules s'attaqueraient simplement les unes les autres et provoqueraient de nombreuses réactions non ciblées.

Cependant, cela ne s'est pas produit ici car les auteurs ont intégré la réaction de l'acide pyridine-4-boronique dans la réaction de coordination des métaux qui construit le MOF. Les réactions covalentes et coordinatrices agissaient de manière synergique et protégeaient l'acide pyridine-4-boronique des réactions secondaires. Un trimère s'est formé qui s'est parfaitement ajusté dans les pores hexagonaux du MOF. Le résultat était un MOF avec un réseau organique covalent intégré, ou "MOF à espace poreux partitionné", fournissant de nombreux nouveaux sites pour l'adsorption de gaz.

Les scientifiques ont synthétisé plusieurs de ces MOF, chacun avec une combinaison différente de métaux et de ligands organiques. Les nouveaux MOF cloisonnés dans l'espace poreux ont montré de meilleures absorptions de gaz que ceux qui n'étaient pas cloisonnés. De plus, les sites d'acide de Lewis au bore exposés des ligands de partage ont permis l'absorption d'ammoniac avec une densité de tassement élevée. Ce travail présente une avancée dans la synthèse et la performance MOF. Des réactions qui n'étaient pas jugées possibles, telles qu'une trimérisation nette d'un acide pyridineboronique, sont obtenues et peuvent conduire à des composants très utiles.