Les chercheurs de l’université de Göteborg ont créé un matériau carboné à structure tridimensionnelle. Baptisé diamondiyne, ce matériau peut être décrit comme un diamant poreux doté de la même forme de base qu’un tétraèdre.
Le prix Nobel de chimie 2025 a récompensé la mise au point de nouveaux matériaux poreux fabriqués à partir de molécules à base de carbone et d’ions métalliques, connus sous le nom de MOFs.
À l’université de Göteborg, l’équipe de recherche du professeur Karl Börjesson s’intéresse depuis longtemps à la création de matériaux poreux sans ions métalliques, dans lesquels des molécules à base de carbone, sans métaux, se lient entre elles pour former ce que l’on appelle des COFs.
Un modèle d’abord théorique
C’est au cours de ces travaux qu’ils sont parvenus à lier des atomes de carbone les uns aux autres par des liaisons triples, créant ainsi, pour la première fois au monde, l’allotrope du carbone baptisé diamondiyne.
« Cela nous a pris un temps incroyable, mais nous avons enfin réussi. J’en suis très heureux », dit Karl Börjesson, professeur de chimie physique à l’université de Göteborg.
Un collègue a signalé à Karl Börjesson l’existence d’un site web où des chimistes théoriciens ont répertorié les allotropes du carbone qu’il devrait être possible de créer – une liste presque infiniment longue. Un allotrope est une substance chimique composée d’un seul type d’atome. Le diamant et le graphite sont des exemples d’allotropes du carbone. Le diamondiyne est un allotrope tétraédrique du carbone, décrit pour la première fois théoriquement il y a 35 ans.
Une structure poreuse
Le diamondiyne est obtenu à l’aide d’un équipement relativement peu coûteux, le matériau se formant sous la forme d’un film mince à l’endroit où deux liquides se rencontrent. Le diamondiyne cristallise avec les atomes de carbone disposés en tétraèdres reliés par leurs sommets dans les trois dimensions.
« La structure crée des vides entre les tétraèdres. L’allotrope de carbone peut donc être comparé à un diamant poreux. Mais contrairement au diamant, le diamondiyne ne nécessite pas de haute pression pour que les atomes de carbone se lient entre eux », explique Karl Börjesson.
La structure cristalline a été confirmée par microscopie électronique à l’université de Stockholm, mais uniquement par endroits, à la surface du film. Nombre de choses peuvent mal tourner et empêcher les atomes de carbone de former du diamondiyne.
Des allotropes récompensés par le Nobel
« Nous sommes au moins parvenus à produire des motifs répétitifs de diamondiyne dans un volume de 10 nanomètres de côté, soit 10 × 10⁻⁹ mètres, et les images de ces motifs correspondent bien aux modèles théoriques », souligne Karl Börjesson.
Pendant longtemps, les allotropes physiques du carbone se limitaient au diamant, au graphite et aux trois allotropes du carbone produits artificiellement : le fullerène, les nanotubes de carbone et le graphène. Ces dernières années, un grand nombre de nouveaux allotropes ont été créés, mais jamais auparavant un allotrope à structure tridimensionnelle.
Le développement du graphène comme du fullerène a été récompensé par des prix Nobel, notamment parce que l’idée même que ces matériaux puissent exister était nouvelle.
« Nous allons maintenant étudier les propriétés du diamondiyne et les usages qui pourraient en être faits. Un aspect passionnant de la structure poreuse est que plusieurs structures de diamondiyne pourraient potentiellement s’entrelacer à travers leurs vides respectifs », affirme Karl Börjesson.
L’étude, publiée dans la prestigieuse revue Angewandte Chemie, est le fruit d’une collaboration entre le groupe de recherche de Karl Börjesson et des collègues de l’université de Stockholm et de l’université de technologie Chalmers.
Article : Diamondiyne: A 3D Carbon Allotrope With Mixed sp–sp3 Hybridization – Journal : Angewandte Chemie – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Gothenburg U
