Bien avant que le diméthylformamide (DMF) échoue au test du jouet spongieux, les chimistes ont soulevé des inquiétudes quant à son utilisation comme solvant dans la construction de charpentes métallo-organiques (MOF).

Le ministère de l'Environnement et de l'Alimentation du Danemark a déclaré en juin 2018 que le DMF faisait partie des trois produits chimiques toxiques trouvés dans les jouets. Peu de temps après, les jouets ont été retirés des étagères des magasins danois.

En ce qui concerne les MOF (nanomatériaux poreux avec un large éventail d'applications), les chimistes ont recherché des méthodes respectueuses de l'environnement pour la synthèse de MOF, suivant l'adage de "bénigne par conception." Le DMF est utilisé comme solvant dans les réactions de préparation du MOF et n'est pas conforme à cette norme.

"Il y a beaucoup de déchets générés dans ces solvants, et l'élimination peut être un vrai problème, " a déclaré Michael A. Sinnwell, un post-doctorant PNNL.

Sinnwell, Praveen Thallapally, scientifique des matériaux du PNNL, et ses collègues ont étudié une façon plus écologique de synthétiser les MOF.

« Les gens qui veulent faire des MOF à grande échelle – des entreprises commerciales, par exemple, vouloir le faire en utilisant des principes de production verte, " a déclaré Sinnwell. " Le DMF est toujours le solvant le plus couramment utilisé aujourd'hui, principalement en raison des résultats prévisibles de la composition, Taille, et la forme des MOF finaux. Donc, si des méthodes durables doivent être mises en œuvre, ces facteurs connus pour avoir un impact sur les performances doivent être contrôlés."

Un autre rôle pour un produit chimique polyvalent

Dioxyde de carbone supercritique (scCO 2 ), est un important solvant commercial et industriel. Et il pourrait remplacer le DMF dans la synthèse MOF.

Sinnwell est l'auteur principal d'une étude publiée ce printemps dans la revue ChemSusChem, qui a préconisé l'utilisation de scCO 2 dans la synthèse des MOF en raison de son efficacité en tant qu'alternative respectueuse de l'environnement.

"Incarnée dans les principes de la chimie verte est la nécessité de concevoir des procédés chimiques respectueux de l'environnement, qui utilisent efficacement les ressources renouvelables, éviter les réactifs toxiques et dangereux, et minimiser l'utilisation de solvants hydrocarbonés volatils tout en développant des réactions chimiques, " Sinnwell écrit dans l'étude. " En effet, une mentalité de conception bénigne a motivé l'adoption d'alternatives aux solvants non conventionnels pour les processus chimiques nécessitant un "liquide".

Un média MOF super prometteur

Les auteurs correspondants Sinnwell et Thallapally ont réuni une équipe d'experts à travers le PNNL pour montrer que scCO 2 est un média prometteur pour la construction de MOF.

L'équipe de recherche a surveillé le scCO 2 synthèse de ZIF-8, un MOF commercialement pertinent, en temps réel. Spécifiquement, ils ont utilisé la diffraction des rayons X in situ, microscopie, et des simulations pour fournir une étude systématique des processus de nucléation et de croissance. Les chercheurs ont évalué les impacts que les modèles sacrificiels, temps de réaction, densité, et la température ont sur la composition, Taille, et la morphologie.

Les résultats montrent que la morphologie du modèle et le temps de réaction, deux facteurs contrôlables, influencer la porosité hiérarchique et la morphologie des composites ZIF-8 et ZIF-8. Sinnwell a déclaré que les résultats ouvrent la voie à l'ingénierie de matériaux ciblés en utilisant des méthodes fondées sur la théorie et l'expérience scientifiques. "Les méthodes durables et économiques pour fabriquer des matériaux avancés valent la peine d'être poursuivies, " dit Sinnwell. " Dans ce papier, nous avons observé en temps réel la formation « verte » d'un matériau adsorbant prometteur dans le CO supercritique 2 . Des conditions telles que la température, la taille ou la forme des produits chimiques de départ peut faire une grande différence sur le produit final."