Une équipe de scientifiques a créé un assemblage chiral en mélangeant des polyoxométalates inorganiques et des molécules organiques de cyclodextrine.
Les polyoxométalates (POM) constituent une classe de nanomatériaux ayant de nombreuses applications utiles. Cependant, l’utilisation de polyoxométalates comme éléments de base pour construire des structures chirales basées sur des POM constitue un défi de longue date pour les chercheurs. L'équipe a produit un cadre 3D dans cette recherche, construit par assemblage de coordination. Le cadre résultant comporte une couche hybride organique-inorganique entrelacée.
L'équipe a publié ses travaux dans la revue Polyoxometalates .
Les POM ont des caractéristiques spéciales qui incluent des charges négatives élevées, des capacités redox notables et un greffage organique disponible. Ces fonctionnalités utiles ont conduit les POM à susciter un grand intérêt dans les applications liées à l'énergie. Leurs applications potentielles vont de la science des matériaux à la catalyse, en passant par la médecine, la protection de l'environnement et la production d'hydrogène.
Grâce à leur fascinante polyvalence structurelle et chimique, les POM constituent un choix reconnaissable dans de nombreux domaines scientifiques, allant des matériaux fonctionnels et de la catalyse au magnétisme et à la biomédecine. Lorsque les POM sont utilisés comme éléments de base pour construire des frameworks ouverts basés sur POM, ils présentent de nombreux avantages. Ceux-ci incluent la robustesse et la porosité intrinsèque. Ils peuvent également être facilement recyclés.
Les structures métallo-organiques (MOF) sont une classe de matériaux poreux cristallins construits à partir d'ions métalliques et de ligands de pontage organiques. Ce sont des structures poreuses très uniformes qui présentent de grandes surfaces. Les MOF, avec leur grande surface spécifique et leurs pores permanents, sont devenus des candidats exceptionnels pour le chargement des POM. Lorsque les POM et les MOF sont combinés, ils forment une sorte de matériau hybride organique-inorganique.
Ces matériaux hybrides POM et MOF suscitent beaucoup d’intérêt parmi les chercheurs, en particulier les frameworks chiraux basés sur POM. Chiral en chimie fait référence à des images miroir. Décrire une molécule comme chirale, c’est dire que son image miroir d’elle-même est différente. Dans le passé, les chercheurs ont été confrontés à des difficultés lors de l'utilisation de POM pour créer des cadres basés sur des POM chiraux.
Ainsi, l’équipe a concentré son travail sur l’application des POM comme éléments de base dans la construction de cadres fonctionnalisés basés sur des POM chiraux. Les composés chiraux POM ont une chiralité extrinsèque ou intrinsèque en fonction de leurs sources chirales. La chiralité des composés POM provient principalement des parties chirales organiques ou organométalliques. Les POM intrinsèquement chiraux sont des POM qui sont chiraux en raison d'une rupture de symétrie.
L’équipe de recherche a pu construire un cadre chiral à base de POM en mélangeant des POM inorganiques et des molécules organiques de cyclodextrine. "En tant que cadre chiral robuste, la séparation chirale et la catalyse chirale ont été explorées", a déclaré Cai-Hong Zhan, professeur au Collège de chimie et de science des matériaux de l'Université normale du Zhejiang. Les cyclodextrines sont un groupe d'oligosaccharides cycliques produits à partir d'amidon ou de dérivés d'amidon. De par leur structure, ils sont de bons candidats pour compléter la structure et améliorer les propriétés physicochimiques des MOF.
L'équipe a connecté {SiW12 } les anions, qui sont des ions chargés négativement, avec des ions manganèse de manière antiparallèle. Cela a formé une couche entièrement inorganique unique avec des vides importants. Ensuite, ils l’ont combiné avec une couche de cyclodextrine organique qui a comblé les vides de la couche POM-manganèse. Les deux couches s’entrelacent pour former l’hybride organique-inorganique. Ils ont étendu les couches avec l'ion sodium pour produire un cadre 3D.
L’équipe a utilisé le cycle thermique pour explorer la stabilité, la séparation chirale, la catalyse chirale et la conductivité protonique du cadre composite qu’elle avait créé. "La stabilité robuste de ce cadre composite a été vérifiée par des expériences de cycles thermiques", a déclaré Zhan.
Pour l’avenir, l’équipe prévoit d’aller plus loin dans ce travail. "La séparation chirale et la catalyse chirale seront explorées plus en détail en changeant le substrat pour prouver que la structure chirale a des applications potentielles", a déclaré Zhan.
Plus d'informations : Xiu-Xia Ding et al, Structures chirales polyoxométalate-cyclodextrine via un assemblage médié par le Mn :stabilité et activité catalytique améliorées, Polyoxométalates (2023). DOI :10.26599/POM.2023.9140046
Fourni par Tsinghua University Press
