Comment un matériau poreux peut-il trier les gaz ?

18 mai 2017

Résultats scientifiques Matériaux

Les matériaux de type Metal-Organic Frameworks (MOFs) sont des matériaux hybrides poreux cristallisés dont certains d’entre eux présentent une grande flexibilité qui fait l’objet de nombreuses études. Cette flexibilité permet de moduler la forme et la taille des pores, ce qui ouvre de nouvelles approches en terme d’adsorption et de séparation de gaz piégés dans les pores. Ce phénomène spectaculaireest associé à une transition structurale réversible induite par des stimuli externes et/ou internes . Parmi ces matériaux, le MIL-53(Cr) (Materiaux de l’Institut Lavoisier ; découvert pat G. Férey, médaille d’or du CNRS 2010), est capable de subir une contraction (forme fermée)/expansion (forme ouverte) réversible induite par adsorption de molécules, par la pression mécanique, par la température et par la lumière, provoquant ainsi une variation de son volume de l’ordre de 40% (voir Figure).

Bien que l’application d’un champ électrique soit bien connue pour induire des transitions structurales dans les solides ferroélectriques l’influence de ce stimulus sur le processus de respiration de MOF flexible n’a encore jamais fait l’objet d’études.

C’est maintenant chose faite. Des chercheurs de l’Institut de physique de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1) En collaboration avec des chercheurs de l’Institut Charles Gerhardt (CNRS/Université de Montpellier) et de l’Université de Tlemcen (Algérie). ont utilisé une méthode combinant simulations de type dynamique moléculaire et Monte Carlo pour démontrer que le processus de respiration dans la MIL-53(Cr) pouvait être induit par un champ électrique. Par ailleurs, en présence de CO₂ et CH₄, ces chercheurs ont montré que le MIL-53(Cr), en présence de ce champ électrique, pouvait maintenir sa forme fermée durant l’adsorption de ces gaz, entrainant une séparation complète de CO₂ par exclusion du CH₄, trop volumineux pour rester dans les pores (Figure). Cette respiration électriquement stimulable fournit ainsi les bases de nouvelles applications dans les technologies de séparation et d’adsorption de gaz à l’aide de ces matériaux poreux.
Ces travaux sont publiés dans la revue ACS Central Science.