Des chercheurs de l'Université de Liverpool et de l'Université des sciences et technologies King Abdullah ont fait rapport sur des découvertes intéressantes concernant les structures métallo-organiques (MOF), une classe de matériaux poreux, qui pourrait bénéficier à un large éventail de procédés importants de séparation de gaz.

Les résultats sont rapportés dans deux articles de recherche publiés ce mois-ci.

Les charpentes organométalliques (MOF) sont une classe relativement nouvelle de structures poreuses, matériaux cristallins avec une large gamme d'applications.

Certains MOF peuvent agir comme un tamis moléculaire, laisser passer un type de molécule de gaz d'un mélange tout en bloquant les autres. Par exemple, il est connu que certains MOF séparent le propylène du propane, un processus important dans la fabrication de plastiques polypropylène pour lesquels du propylène de haute pureté est requis.

Dans un premier article publié dans Communication Nature , les chercheurs démontrent que contrairement à un tamis de cuisine, ces tamis moléculaires tridimensionnels peuvent modifier la forme de leurs pores et leur flexibilité est vitale pour cette performance.

La modélisation informatique soutenue par les données expérimentales de rayons X indique que pour un tel MOF hautement performant, appelé KAUST-7, les changements structurels du MOF déclenchés par la présence des molécules de propylène et de gaz propane sont qualitativement différents et entraînent une adsorption plus forte et un transport plus rapide du propylène, tamisant ainsi essentiellement les molécules de propane.

Cependant, il est difficile de prédire quels autres types de MOF possèdent cette flexibilité fonctionnelle et pourraient donc également être bons pour une séparation de gaz donnée car les performances sont contrôlées par des interactions moléculaires spécifiques qui sont difficiles à anticiper ou à identifier expérimentalement.

Dans un deuxième article publié dans Chimie Physique Physique Chimique , les chercheurs se concentrent sur ce défi.

Ils ont développé une approche de criblage informatique pour évaluer plus de quatre mille MOF précédemment signalés pour leur flexibilité lorsqu'ils agissent comme un tamis moléculaire. En utilisant cette approche, ils ont identifié les quatre principaux MOF qui montrent le potentiel de séparer le propylène du propane - deux d'entre eux sont déjà connus pour avoir de bonnes performances tandis que les deux autres n'ont pas encore été testés expérimentalement pour cette application.

Dr Matthew Dyer, maître de conférences en chimie et membre du Centre de recherche de Leverhulme pour la conception de matériaux fonctionnels de l'Université, a déclaré :« Les MOF ont suscité un intérêt considérable ces dernières années et il y a de grands espoirs pour les applications techniques, en particulier pour les MOF flexibles.

"Notre recherche s'ajoute à notre connaissance des MOF, pourquoi certains sont capables d'agir comme des tamis et lesquels font preuve de flexibilité.

"En utilisant une approche informatique, nous sommes en mesure d'identifier des MOF flexibles et ces découvertes ont le potentiel de rendre le processus de purification des gaz plus économe en énergie. Ceci est important en termes de fabrication de plastiques de haute qualité qui nécessitent des composés de départ purs qui sont généralement extraits de sous-produits gazeux dans le traitement pétrochimique. "

"De telles approches de criblage à haut débit peuvent être appliquées à de nombreux matériaux différents avec des applications potentielles variées. Elles ont le potentiel de changer la façon dont nous trouvons des matériaux pour relever les défis technologiques."

Le Leverhulme Center for Research Center for Functional Materials Design est un centre de recherche interdisciplinaire qui vise à révolutionner la conception de nouveaux matériaux. Il associe les connaissances chimiques à l'informatique de pointe pour développer une nouvelle approche de la conception de matériaux fonctionnels à l'échelle atomique.

L'article "Differential guest location by host dynamics renforce propylène-propane séparation dans un cadre métal-organique" est publié dans Communication Nature .

L'article « Dépistage à haut débit des structures métallo-organiques pour la séparation cinétique du propane et du propène » est publié Chimie Physique Physique Chimique .