Ajout d'hydroquinone, un ingrédient blanchissant la peau, à un «cadre organique métallique» bien connu modifie ses ions de cuivre d'une manière qui rend ce matériau poreux exceptionnellement stable dans l'eau.

"Nous avons développé une nouvelle méthode pour améliorer la stabilité à l'eau des charpentes organométalliques, avec le potentiel d'applications capables de filtrer et de purifier efficacement l'air des poussières ultrafines sans se décomposer en raison de l'humidité, " dit le scientifique des matériaux de la DGIST Nak Cheon Jeong. Les chercheurs coréens ont rapporté leurs découvertes dans le Journal de l'American Chemical Society .

Les charpentes organiques métalliques (MOF) sont constituées d'ions métalliques liés par des liaisons organiques. Ils s'assemblent d'une manière qui conduit à la formation de structures internes en forme de cage, donnant au matériau sa nature poreuse. Les MOF ont une surface impressionnante par rapport aux autres matériaux poreux. C'est ça, et la capacité des scientifiques à ajuster leurs structures, qui a conduit à leur utilisation dans un large éventail d'applications, y compris l'absorption de gaz, séparation de molécules, l'administration de médicaments, et catalyse. La plupart des MOF se décomposent en présence d'humidité et d'eau, les scientifiques ont donc cherché des moyens de les rendre plus durables.

Jeong et ses collègues ont découvert que le traitement d'un MOF à base de cuivre bien connu, appelé HKUST-1, avec de l'hydroquinone à 80°C a rendu le matériau si stable qu'il ne s'est pas dégradé après des semaines d'immersion dans l'eau ou même après deux ans d'exposition à l'air humide.

Les ions de cuivre et leurs liaisons organiques dans HKUST-1 s'assemblent pour former de grandes et petites cages avec des nœuds d'ions métalliques en forme de roue à aubes. Normalement, les molécules d'eau s'attachent aux éléments de ce MOF, déplacer les liaisons entre les ions cuivre et les liaisons organiques, et amener le matériau à se dégrader ou à se transformer en un solide non poreux. Traitement à l'hydroquinone, d'autre part, conduit à un HKUST-1 très stable dans l'eau.

Jeong et son équipe ont découvert qu'un seul électron de l'hydroquinone est transféré aux ions cuivriques (Cu 2 ⁺ ) dans HKUST-1, en les changeant en ions cuivreux (Cu+). Ce changement est auto-limitatif :pas plus de 30% des ions cuivriques changent de cette manière. La moitié du Cu ⁺ les ions restent dans leurs positions sur les cages à aubes de HKUST-1. Mais l'autre moitié forme des complexes qui se dissocient de la structure et se retrouvent piégés dans les cages plus petites du matériau, comme un bateau en bouteille.

D'autres études sont nécessaires pour comprendre exactement comment ces changements conduisent à une amélioration aussi substantielle de la stabilité de HKUST-1 dans l'eau.

Jeong et son équipe pensent que le même concept pourrait être appliqué à d'autres MOF à roue à aubes à base de cuivre. Ils prévoient de mener des recherches de suivi sur les applications pratiques potentielles de leur approche.