Steve Lundeberg
Les travaux portent sur des matériaux cristallins poreux appelés « structures métalliques organiques » (ou MOF, pour « metal organic frameworks »), et ouvrent la voie à une nouvelle génération de matériaux qui pourraient mettre fin à la dépendance aux métaux rares.
L’étude menée par Kyriakos Stylianou, professeur agrégé de chimie à la faculté des sciences de l’OSU, et par les étudiants diplômés Kyle Smith et Ankit Yadav a été publiée dans Nature Communications.
Ces résultats sont importants car les écrans – omniprésents dans les communications, l’informatique, la surveillance médicale et de nombreux autres aspects de la vie quotidienne – et l’éclairage contribuent fortement à la consommation mondiale d’énergie et aux émissions de gaz à effet de serre.
De plus, les métaux des terres rares qui sont à la base de ces technologies – l’europium, le terbium, l’yttrium, le cérium, le gadolinium et autres – sont coûteux et leur extraction et leur traitement sont dangereux pour l’environnement.
Composés d’ions métalliques chargés positivement entourés de molécules organiques « de liaison », les réseaux métalliques organiques ont des pores nanométriques et des propriétés structurelles ajustables. Ils peuvent être conçus avec une variété de composants qui déterminent les propriétés du MOF. Pour ce projet, les scientifiques ont développé de nouvelles structures MOF qui combinent deux types de cristaux poreux afin d’améliorer l’émission de lumière.
Les chercheurs ont exploré différentes façons de combiner les différents types de cristaux. L’une de ces méthodes, connue sous le nom de MOF-on-MOF (les cristaux étaient empilés comme des blocs de construction), a permis d’obtenir une émission lumineuse environ quatre fois plus efficace sur le plan énergétique que celle des MOF traditionnels.
« En contrôlant la manière dont les composants interagissent, nous avons découvert comment réduire les pertes d’énergie qui limitent généralement la luminosité de ces matériaux », a déclaré M. Stylianou. « Cette efficacité accrue signifie que les futures LED pourraient produire la même quantité de lumière tout en consommant beaucoup moins d’électricité. »
Aux États-Unis, note M. Stylianou, les systèmes d’éclairage et d’affichage consomment environ 213 milliards de kilowattheures d’électricité par an, soit un niveau de consommation énergétique qui représente 13 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, principalement parce que 80 % de la production d’électricité aux États-Unis provient de la combustion de combustibles fossiles.
Le remplacement des composants à base de terres rares dans les systèmes d’éclairage et d’affichage par les nouvelles structures MOF, plus durables, permettrait de réduire à la fois les coûts de production, l’impact écologique et la consommation d’énergie, a-t-il déclaré. Cela offrirait également une alternative aux éléments dont les chaînes d’approvisionnement mondiales sont soumises à des tensions géopolitiques.
Aux États-Unis, note M. Stylianou, les systèmes d’éclairage et d’affichage consomment environ 213 milliards de kilowattheures d’électricité par an, soit un niveau de consommation énergétique qui représente 13 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone, principalement parce que 80 % de la production d’électricité aux États-Unis provient de la combustion de combustibles fossiles.
« Il existe un besoin urgent de matériaux fluorescents avancés et efficaces, et nous pensons que nos nouveaux MOF peuvent contribuer à répondre à ce besoin », a conclu M. Stylianou. « Nous voyons un grand potentiel dans leur capacité à avoir un impact économique, environnemental et climatique. »
Source : Oregon State U.
