Un nouveau type de minuscule particule est un gros problème dans le laboratoire du chimiste de l'UO Carl Brozek.

Lui et son équipe ont transformé un type de matériau poreux polyvalent appelé cadre métallo-organique, ou MOF, en nanocristaux, une forme plus facile à utiliser au-delà du laboratoire. De telles nanoparticules ont un large éventail d'applications potentielles, des revêtements de surface qui peuvent stocker la charge électrique aux filtres qui éliminent les contaminants de l'air ou de l'eau.

Les nanocristaux sont les MOF les plus petits et les plus stables jamais fabriqués, a déclaré Brozek. Et ils ont un éventail de propriétés intéressantes, notamment, ils peuvent conduire l'électricité, et ils se comportent différemment selon la taille exacte de la particule.

"On a vraiment l'impression d'avoir découvert quelque chose de nouveau", a déclaré Brozek. Lui et son équipe, dirigée par l'étudiant diplômé Checkers Marshall, ont rendu compte de leur avance le 24 novembre dans une préimpression publiée sur le site de recherche ChemRxiv.

Les MOF sont des matériaux ressemblant à des éponges constitués d'ions métalliques, tels que le fer ou le zinc, liés entre eux par de petites molécules à base de carbone. Comme un bloc de fromage suisse troué, les MOF ont des poches et des crevasses qui leur donnent une surface extrêmement élevée. Cela les rend utiles pour les applications qui impliquent la capture de molécules spécifiques, comme le dioxyde de carbone de l'atmosphère ou le plomb dans l'eau potable, car il y a beaucoup d'espace pour que ces molécules cibles se collent. Et les rendre nanométriques serait particulièrement pratique pour une mise à l'échelle et une utilisation industrielle, car les minuscules particules pourraient être mises en suspension dans une solution puis, comme la peinture, utilisées pour recouvrir uniformément une surface.

Mais fabriquer des MOF sous forme de nanoparticules a été un défi permanent, a déclaré Brozek.

Son laboratoire a donc trouvé une solution de contournement. "Alors que le MOF essaie de se développer, nous le trompons", a-t-il déclaré.

Les MOF se forment via une série de réactions chimiques qui joignent les ions métalliques aux molécules de liaison. L'équipe de Brozek a ajouté un troisième ingrédient :des molécules qui imitent les lieurs, mais qui ne peuvent se lier à quelque chose qu'à une extrémité. Comme des pièces de bord sur un puzzle, ils agissent comme des impasses pour le MOF en pleine croissance, garantissant qu'il reste petit.

"L'une des choses vraiment excitantes à propos de notre papier est que non seulement nous avons fabriqué ce MOF particulier sous forme de nanocristal, mais c'est aussi l'un des plus petits MOF qui ait jamais été fabriqué", a déclaré Brozek.

Ces nanoparticules, constituées de triazolate de fer, sont adaptables :elles se comportent différemment à différentes tailles et même à différentes températures. Cela ouvre une gamme de possibilités, a déclaré Brozek - les scientifiques pourraient "ajuster" les matériaux pour qu'ils se comportent d'une certaine manière, en ajustant la taille des nanoparticules ou la température de l'environnement. Et ils pourraient utiliser une approche similaire pour concevoir d'autres nanocristaux MOF avec différentes combinaisons d'ions métalliques et de molécules de liaison.

"Le travail est assez fondamental en ce moment", a déclaré Marshall. "Je pense que les choses les plus importantes sont que nous sommes capables de synthétiser ces nanoparticules et qu'elles présentent des propriétés dépendantes de la taille qui n'ont pas été observées auparavant. Ces deux développements aideront à adapter la façon dont nous appliquons les MOF dans les appareils existants ainsi qu'à exploiter leur dépendance à la taille dans les technologies futures."

Brozek et son équipe explorent déjà des applications potentielles, à la fois pour les nanoparticules de triazolate de fer et d'autres variantes.

"Maintenant que nous pouvons faire un film à partir de ces matériaux, il y a une réelle possibilité que nous soyons en mesure de fabriquer des membranes utiles dans le monde réel", a déclaré Brozek. Par exemple, les nanoparticules de MOF recouvrant une surface pourraient s'accrocher aux molécules de dioxyde de carbone qui seraient autrement rejetées dans l'atmosphère. Ou les particules pourraient être conçues pour coller aux contaminants dans l'eau.

"Ce n'est qu'un seul MOF", a déclaré Brozek. "Il faudra beaucoup de laboratoires pour explorer ce tout nouveau domaine scientifique." + Explorer plus loin

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