Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies King Abdullah développent une nouvelle méthode de conception MOF Une technique vieille de plusieurs siècles pour la construction de fenêtres cintrées en pierre a inspiré une nouvelle façon de former des fenêtres nanométriques personnalisées dans des matériaux fonctionnels poreux - les structures organométalliques (MOF) - qui ont des applications potentielles dans la séparation des gaz et les domaines médicaux. Une version moléculaire d'un « modèle centré » d'arc architectural est utilisée pour guider la formation de MOF avec des ouvertures de forme et de taille prédéterminées.
Les nouveaux MOF conçus et fabriqués selon cette approche vont des matériaux à pores étroits présentant un potentiel de séparation des gaz aux structures macroporeuses présentant un potentiel pour des applications médicales en raison de leurs excellentes capacités d'adsorption de l'oxygène.
"L'un des objectifs les plus difficiles dans la conception de nouvelles structures est de contrôler précisément la formation des structures", a déclaré Aleksandr Sapianik, postdoctorant dans le groupe de Mohamed Eddaoudi qui a dirigé l'étude. "Pour la chimie des réseaux (l'assemblage de blocs moléculaires dans des matériaux cristallins poreux, tels que les MOF), l'équipe de recherche a réalisé que le concept de modèle de centrage pouvait fournir un contrôle précis."
Le point de départ de la recherche est les MOF de type zéolite (ZMOF), qui possèdent généralement des fenêtres pentagonales encadrées par des éléments de base appelés supertétraèdres (ST). "Notre objectif est de contrôler la disposition des ST de cette topologie bien connue à une topologie qui n'a jamais été rapportée auparavant en utilisant ces éléments de base", a déclaré Sapianik.
L'équipe de recherche a développé des agents directeurs de structure centrale (cSDA) pour contrôler l'alignement ST et former des fenêtres ZMOF de nouvelles formes et tailles. Un ensemble de cSDA est conçu pour resserrer l’angle entre les cellules ST adjacentes, formant ainsi une petite fenêtre. Un autre ensemble de cSDA vise à élargir l’angle entre les unités ST, formant ainsi une fenêtre plus grande.
Marina Barsukova, boursière postdoctorale de l'équipe d'Eddaoudi, a déclaré : « La taille et le volume des pores du MOF sont des paramètres importants qui affectent son application. Un ZMOF à grande fenêtre (Fe-sod-ZMOF-320) conçu par l'équipe présente la capacité d'adsorption d'oxygène la plus élevée parmi les MOF connus. "
Vincent Guillerm, chercheur scientifique du groupe d'Eddaoudi, a déclaré que le concept cSDA offre plusieurs avantages pouvant améliorer les performances des MOF. Il a déclaré : « Le cSDA sépare les grandes fenêtres en fenêtres plus petites, et nos résultats préliminaires montrent que cela facilitera la séparation chimique. Il fournit également des surfaces de pores internes supplémentaires, contribuant ainsi à améliorer le stockage du gaz, et renforce la structure du MOF, améliorant ainsi la stabilité du matériau.