Des chercheurs ont mis au point une méthode rapide, économique et évolutive pour la fabrication de cadres organiques covalents (COFs), une classe de polymères cristallins dont la structure moléculaire modulable, la grande surface et la porosité pourraient être utiles dans diverses applications.
Jeremy Daum, doctorant à l’Université Rice et auteur principal de l’étude publiée dans ACS Nano, explique : « Ce qui rend ces structures si spéciales, c’est qu’elles sont des polymères mais elles s’organisent en une structure ordonnée et répétitive qui en fait un cristal. »
Il ajoute : « Ces structures ressemblent un peu à du grillage à poule – ce sont des treillis hexagonaux qui se répètent sur un plan bidimensionnel, puis ils s’empilent les uns sur les autres, et c’est ainsi que vous obtenez un matériau 2D en couches. »
Une technique de synthèse innovante
Alec Ajnsztajn, un autre doctorant de l’Université Rice et co-auteur principal de l’étude, indique que la technique de synthèse permet de produire des COFs cristallins 2D ordonnés en un temps record grâce à la déposition en phase vapeur.
Il précise : « Cette technique de synthèse nous permet de contrôler l’orientation des feuilles, garantissant que les pores sont alignés, ce qui est ce que vous voulez si vous créez une membrane. »
Les applications potentielles des COFs
La capacité à contrôler la taille des pores est utile dans les séparateurs, où les COFs pourraient servir de membranes pour la désalinisation et potentiellement aider à remplacer des processus énergivores comme la distillation. Dans l’électronique, les COFs pourraient être utilisés comme séparateurs de batteries et transistors organiques.
« Les COFs ont le potentiel d’être utiles dans une variété de processus catalytiques – vous pourriez, par exemple, utiliser les COFs pour décomposer le dioxyde de carbone en produits chimiques utiles comme l’éthylène et l’acide formique. » souligne Jeremy Daum.
Surmonter les obstacles à l’utilisation des COFs
Un des obstacles à une utilisation plus large des COFs est que les méthodes de production impliquant un traitement en solution sont plus longues et plus difficiles à adapter dans un contexte industriel.
Alec Ajnsztajn explique pour finir : « Il peut falloir trois à cinq jours de temps de réaction pour produire les poudres nécessaires à la génération des COFs. Notre méthode est beaucoup plus rapide. Après des mois d’optimisation, nous avons réussi à produire des films de haute qualité en seulement 20 minutes ou moins. »
En synthèse
La méthode développée par l’équipe de l’Université Rice pourrait ouvrir la voie à une utilisation plus large des COFs dans diverses applications, notamment l’énergie, les semi-conducteurs, les capteurs, les systèmes de filtration et l’administration de médicaments. Cette avancée pourrait également contribuer à rendre les processus industriels plus efficaces et moins énergivores.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que les cadres organiques covalents (COFs) ?
Les COFs sont une classe de polymères cristallins dont la structure moléculaire peut être modulée. Ils ont une grande surface et une porosité qui peuvent être utiles dans diverses applications.
Quelle est la nouveauté de cette recherche ?
Les chercheurs ont mis au point une méthode rapide, économique et évolutive pour la fabrication de COFs.
Quelles sont les applications potentielles des COFs ?
Les COFs pourraient être utilisés dans l’énergie, les semi-conducteurs, les capteurs, les systèmes de filtration et l’administration de médicaments.
Quels sont les obstacles à l’utilisation des COFs ?
Les méthodes de production actuelles sont longues et difficiles à adapter dans un contexte industriel.
Comment cette recherche pourrait-elle aider à surmonter ces obstacles ?
La méthode développée par les chercheurs est plus rapide et pourrait être plus facilement adaptée dans un contexte industriel.
Références
Légende illustration principale : Les spécialistes des matériaux de l’Université de Rice ont mis au point une méthode rapide, peu coûteuse et évolutive pour fabriquer des cadres organiques covalents (COF). (Crédit : Gustavo Raskosky/Université de Rice)
“Solutions Are the Problem: Ordered Two-Dimensional Covalent Organic Framework Films by Chemical Vapor Deposition” | ACS Nano | DOI: 10.1021/acsnano.3c06142
Authors: Jeremy Daum, Alec Ajnsztajn, Sathvik Iyengar, Jacob Lowenstein, Soumyabrata Roy, Guan-hui Gao, Esther Tsai, Pulickel Ajayan and Rafael Verduzco.
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