Les structures métallo-organiques (MOF) sont une classe spéciale de matériaux spongieux avec des pores de taille nanométrique. Les nanopores conduisent à des surfaces internes record, jusqu'à 7800 m ² en un seul gramme. Cette caractéristique rend les matériaux MOF extrêmement polyvalents avec de multiples utilisations, comme la séparation des produits pétrochimiques et des gaz, imitant l'ADN, production d'hydrogène et élimination des métaux lourds, anions fluorures, et même de l'or de l'eau, pour n'en nommer que quelques-uns.

L'une des caractéristiques clés est la taille des pores. Les MOF et autres matériaux poreux sont classés en fonction du diamètre de leurs pores :les MOF avec des pores allant jusqu'à 2 nanomètres de diamètre sont appelés "microporeux, " et tout ce qui précède est appelé " mésoporeux ". La plupart des MOF d'aujourd'hui sont microporeux, ils ne sont donc pas utiles dans les applications qui les obligent à capturer de grosses molécules ou à catalyser des réactions entre elles - en gros, les molécules ne rentrent pas dans les pores.

Alors plus récemment, les MOF mésoporeux sont entrés en jeu, car ils sont très prometteurs dans les applications de grosses molécules. Toujours, ils ne sont pas sans problème :lorsque la taille des pores entre dans le régime mésoporeux, ils ont tendance à s'effondrer. Naturellement, cela réduit la surface interne des MOF mésoporeux et, avec ça, leur utilité globale. Étant donné qu'un objectif majeur dans le domaine est de trouver des moyens innovants pour maximiser les surfaces MOF et la taille des pores, s'attaquer au problème de l'effondrement est la priorité absolue.

Maintenant, Le Dr Li Peng, postdoctorant à l'EPFL Valais Wallis, a résolu le problème en ajoutant de petites quantités d'un polymère dans les MOF mésoporeux. Parce que le polymère épingle les pores du MOF s'ouvrent, son ajout a considérablement augmenté les surfaces accessibles de 5 à 50 fois. L'étude a été dirigée par le groupe de recherche de Wendy Lee Queen, en collaboration avec les laboratoires de Berend Smit et Mohammad Khaja Nazeeruddin à l'Institut des sciences et de l'ingénierie chimiques (ISIC) de l'EPFL.

Après avoir ajouté le polymère aux MOF, leurs surfaces spécifiques et leur cristallinité élevées ont été maintenues même après avoir chauffé les MOF à 150 °C, des températures qui auraient été auparavant inaccessibles en raison de l'effondrement des pores. Cette nouvelle stabilité donne accès à de nombreux autres sites de coordination métalliques ouverts, ce qui augmente également la réactivité des MOF.

Dans l'étude, publié dans le Journal de l'American Chemical Society , deux doctorats étudiants, Sudi Jawahery et Mohamad Moosavi, utiliser des simulations moléculaires pour déterminer pourquoi les pores s'effondrent dans les MOF mésoporeux en premier lieu, et propose également un mécanisme pour expliquer comment les polymères stabilisent leur structure au niveau moléculaire.

"Nous prévoyons que cette méthode de stabilisation induite par un polymère nous permettra de fabriquer un certain nombre de nouveaux MOF mésoporeux qui n'étaient pas accessibles auparavant en raison de l'effondrement, " dit la reine. " Par conséquent, ce travail peut ouvrir de nouvelles, applications passionnantes impliquant la séparation, conversion, ou la livraison de grosses molécules."