(PhysOrg.com) -- Des scientifiques de l'Université de Glasgow ont mis au point une « boîte à outils LEGO » moléculaire qui peut être utilisée pour assembler un grand nombre de composés chimiques nouveaux et fonctionnels.

En utilisant des molécules comme blocs de construction, ils ont pu construire un échafaudage moléculaire basé sur de minuscules cubes de stockage (à l'échelle nanométrique). Cette nouvelle « route des designers » ouvre la porte à de nombreux nouveaux composés qui, potentiellement, sont capables d'agir comme des capteurs d'ions, périphériques de stockage, et catalyseurs du futur.

Des chercheurs du département de chimie ont créé des structures à base de cubes creux à partir de polyoxométalates (POM) - des composés complexes fabriqués à partir d'atomes de métal et d'oxygène - qui se collent comme des briques LEGO, ce qui signifie qu'une gamme complète d'architectures bien définies peut être développée avec une grande facilité.

Les chercheurs ont choisi une molécule de polyoxométalate « en forme de roue », contenant un trou de 1 nanomètre de large, qui agit comme une « fenêtre » sur la molécule. Les composés cycliques s'auto-assemblent dans l'eau pour former de magnifiques monocristaux cubiques.

Les « fenêtres » des blocs de construction en forme d'anneau conduisent à de très grands pores internes, ce qui signifie que ces nouveaux composés peuvent effectivement agir comme des boîtes de stockage pour les ions et les petites molécules.

Des architectures chimiques bien définies sont essentielles pour de nombreux matériaux fonctionnels; donc de très grands cadres POM pourraient être utilisés comme piles à combustible ioniques, piles, capteurs, catalyseurs et autres nouvelles nanotechnologies.

Professeur Lee Cronin, Chaire Gardiner de chimie, qui a dirigé l'étude, a déclaré :« La capacité de construire des structures inorganiques très robustes à la manière de LEGO est une énorme aubaine pour les chimistes, présentant de nombreuses applications potentielles.

Dans le composé signalé, les ions manganèse relient les molécules en forme de roue ensemble dans l'échafaudage moléculaire. Des ions potassium et lithium chargés positivement sont également incorporés dans le cadre pour équilibrer la charge négative portée par les ions d'oxyde métallique dans la roue POM. Les cadres eux-mêmes peuvent également être « réglés » en modifiant la charge des ions manganèse.

Les aspects de détection moléculaire de ce nouveau matériau sont liés aux ions potassium et lithium, qui reposent librement dans des cavités de la charpente. Ceux-ci peuvent être déplacés par d'autres ions chargés positivement tels que des métaux de transition ou de petites molécules organiques tout en laissant la charpente intacte.

Ces caractéristiques mettent en évidence certaines des nombreuses utilisations et applications potentielles des frameworks POM, mais leur application principale est leur utilisation comme catalyseurs - une molécule utilisée pour démarrer ou accélérer une réaction chimique la rendant plus efficace, rentable et respectueux de l'environnement.

Le professeur Cronin a ajouté :« Bien que les catalyseurs aient une grande importance industrielle, de nombreux catalyseurs utilisés aujourd'hui dans l'industrie sont encore chers et « sales », créant des déchets nocifs pour l'environnement.

"Nos recherches se concentrent sur la conception et la synthèse d'architectures moléculaires fonctionnelles à l'échelle nanométrique qui peuvent être utilisées comme catalyseurs industriels plus économes en énergie et plus respectueux de l'environnement que les matériaux actuels."

« Les cadres modulaires étendus qui incorporent des blocs de construction inorganiques tels que ceux-ci représentent une nouvelle classe de matériaux ajustables avec des « sites actifs » conçus pour répondre à l’inclusion des invités. »

« Avec une grande variété de molécules de roue POM disponibles, des études supplémentaires sont nécessaires pour construire cette famille de matériaux sur la base du processus de conception générale qui a été établi. Mais de plus, nous visons à étudier le catalyseur, capacités de détection et d'échange d'invités plus en détail.

La recherche est rapportée dans la dernière édition de la revue Chimie de la nature .