Les cadres métallo-organiques (MOF) sont des matériaux cristallins poreux dont la structure ressemble à un échafaudage de poutres autour d’un grand espace vide ; cet espace interne peut être utilisé pour stocker des gaz tels que l’hydrogène et le méthane ou pour absorber des impuretés.
L’équipe de recherche dirigée par Mauro Gemmi au Centre des matériaux d’interface de l’IIT de Pontedera (Pise) a récemment mis au point un nouveau MOF écologiquement durable, tant du point de vue des techniques de chimie verte utilisées que du matériau lui-même : l’un de ses composants, l’acide protocatéchuique, est un composé que l’on trouve naturellement dans diverses plantes comestibles, notamment les oignons, le riz brun et les groseilles à maquereau.
La recherche a été publiée dans la revue Crystal Growth and Design et s’inscrit dans le cadre du projet NanED financé par l’Union européenne.
Les MOF sont des matériaux constitués de molécules organiques qui relient des centres métalliques. L’équipe de l’IIT a créé et déterminé l’arrangement atomique d’un nouveau MOF en reliant des atomes de cuivre à des ponts d’acide protocatéchuique, un composé naturel et donc facile à obtenir. Ce nouveau matériau est donc plus durable d’un point de vue économique et environnemental.
En outre, le MOF a été synthétisé par mécanochimie, une procédure qui combine des réactifs dans un moulin à secousses sans ajouter de solvants agressifs. Cette technique écologique permet de produire de très petits cristaux (d’une taille inférieure à 1 micron), qu’il est généralement difficile d’étudier pour déterminer leur structure cristalline, une étape essentielle pour comprendre leurs propriétés chimiques et physiques
« Notre expertise en cristallographie électronique a été essentielle pour l’étude des nouveaux matériaux », commente Mauro Gemmi. « Grâce à la diffraction électronique 3D, qui utilise un microscope électronique à transmission, nous avons pu analyser comment un minuscule faisceau d’électrons est diffusé par ces cristaux invisibles à l’échelle nanométrique, déterminant ainsi l’arrangement des atomes dans les différentes structures tridimensionnelles »
L’étude a été réalisée dans le cadre du projet européen NanED, qui vise à développer les applications de la technique de diffraction électronique 3D dans différents domaines. Cette technique est particulièrement utile pour obtenir la structure cristalline (c’est-à-dire l’arrangement atomique) des nanocristaux, car c’est à ce jour la seule méthode capable de fournir ces données.
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Cependant, la diffraction électronique 3D est si récente qu’elle est encore en cours de développement, ce qui nécessite la formation de nouveaux experts dans ce domaine. Dans le cadre du projet NanED, 14 doctorants sont formés au développement et à l’application de la diffraction électronique 3D dans différents domaines, de la chimie du solide à la chimie organique, de la cristallographie des protéines à la nanoélectronique.
Le projet a déjà obtenu des résultats importants, tels que la détermination de la structure cristalline de produits pharmaceutiques nanocristallins, l’application d’outils d’intelligence artificielle à la détermination de la structure de macromolécules, telles que les protéines, et la caractérisation de la structure cristalline de films minces, qui pourraient trouver des applications importantes en nanoélectronique.
« Nous avons utilisé des ingrédients naturels pour synthétiser de manière totalement durable un nouveau MOF – explique Gemmi – qui pourrait être utilisé, entre autres, comme absorbeur de polluants. Ceci, associé à des méthodes de caractérisation innovantes et puissantes, qui nous permettent d’étudier la matière cristalline à un niveau de définition jamais atteint auparavant, pourrait ouvrir la voie à ce que l’on appelle la chimie verte ».
Source : IIT – Traduction Enerzine.com
Article : « Mechanochemical Synthesis and Three-Dimensional Electron Diffraction Structure Solution of a Novel Cu-Based Protocatechuate Metal–Organic Framework » – DOI: 10.1021/acs.cgd.3c01494
