Une découverte majeure pour capturer les polluants toxiques

De nouveaux matériaux poreux de type Metal-organic frameworks ont été mis au point par une équipe franco-danoise pour capturer le formaldéhyde, un dangereux polluant de l’air intérieur. Cette étude est publiée dans la revue Nature Communications.

Le sol, les murs, les peintures, l’ameublement, dans nos logements, nos bureaux, nos ateliers ou nos véhicules, émettent en permanence de fortes concentrations de composés organiques volatils appelés COVs dont le formaldéhyde, molécule la plus concentrée, la plus irritante et la plus cancérigène. Les systèmes actuels de purification d’air, basés essentiellement sur des charbons actifs, sont très peu efficaces pour filtrer le formaldéhyde notamment en présence d’air humide. Très peu régénérables, une fois saturés, ces filtres deviennent eux-mêmes une source de pollution. 

Des filtres à base de MOFs efficaces et durables ! 

Les nouveaux filtres développés à base de nanoparticules de MOFs sont en mesure de capturer sélectivement le formaldéhyde avec une capacité de stockage largement supérieure à tous les autres filtres déjà existants. Très facilement régénérables, les nouveaux filtres sont à la fois efficaces et durables ! 

Ces nouveaux matériaux poreux sont obtenus à base d’hydroxyde d’aluminium et de ligands commerciaux contenant une fonction pyrazole qui, grâce à un mécanisme de chimiesorption unique favorisé par la présence d’eau, sont capables de piéger sélectivement le formaldéhyde, peu importe l’humidité relative et/ou la présence d’autres polluants. Une fois piégés, les COVs sont retenus par le filtre dans la limite d’une température de 50 à 70°C. 

Développé dans le cadre d’un projet financé par l’ADEME en collaboration avec la startup Teqoya spécialisée dans la capture des particules fines, ces nouveaux filtres à base de MOFs offrent de nouvelles perspectives pour purifier l’air. Commercialisée par la startup SquairTech, la technologie fait déjà l’objet d’un brevet ! 

Légende illustration : Portrait de N. Sadovnik © ENSICAEN

Metal-Organic Frameworks based on pyrazolates for the selective and efficient capture of formaldehyde– N. Sadovnik, P. Lyu, F. Nouar, M. Muschi, M. Qin, G. Maurin, C. Serre, M. Daturi
Nature Communications, 2024 – https://doi.org/10.1038/s41467-024-53572-z

Source : CNRS – Auteur : ENSIcaen

Focus sur les MOFs

La science des matériaux connaît une mutation profonde avec l’émergence des réseaux métallo-organiques (MOFs). L’association inédite entre composants métalliques et organiques génère des structures aux propriétés remarquables, dont les applications s’étendent de la médecine à l’environnement. L’intérêt grandissant pour ces matériaux hybrides s’explique par leur capacité unique à combiner porosité exceptionnelle et fonctionnalités modulables.

Les réseaux métallo-organiques se distinguent par leur architecture cristalline unique, fruit d’un assemblage précis entre ions métalliques et ligands organiques. La formation de structures tridimensionnelles régulières résulte d’interactions de coordination spécifiques entre les composants.

L’organisation spatiale des MOFs repose sur deux éléments constitutifs majeurs : les unités de construction secondaires (SBU) métalliques et les ligands organiques multifonctionnels. Les surfaces spécifiques obtenues atteignent des valeurs exceptionnelles, jusqu’à 10 000 m²/g, surpassant largement les matériaux poreux conventionnels.

Procédés de synthèse et innovations méthodologiques

La synthèse hydro/solvothermale demeure la méthode de référence pour l’élaboration des MOFs. Les conditions expérimentales requièrent un contrôle rigoureux de la température et de la pression, permettant l’obtention de cristaux hautement ordonnés.

Une méthodologie novatrice, dénommée « Up-Down », a bouleversé les approches traditionnelles. Les chercheurs privilégient désormais l’étude approfondie des clusters métalliques avant la sélection des ligands organiques appropriés. Cette stratégie a conduit à l’identification de 26 nouveaux MOFs à base de zirconium.

Domaines d’application et performances

Les MOFs excellent dans la capture et le stockage du CO2, positionnant ces matériaux au cœur des stratégies de lutte contre le réchauffement climatique. Les capacités d’absorption exceptionnelles des MOFs trouvent également leur utilité dans le développement des technologies de l’hydrogène.

Le secteur biomédical bénéficie des propriétés uniques des MOFs pour la vectorisation médicamenteuse. La structure poreuse régulière facilite l’encapsulation et la libération contrôlée des principes actifs, optimisant l’efficacité thérapeutique.

Évolutions et recherches actuelles

L’introduction des MOFs bimétalliques représente une innovation majeure dans le domaine. L’incorporation de deux métaux distincts multiplie les fonctionnalités accessibles, élargissant considérablement le spectre des applications potentielles.

Les efforts de recherche se concentrent sur l’amélioration de la stabilité chimique et thermique des MOFs. La compréhension approfondie des relations structure-propriétés permet désormais la conception rationnelle de matériaux aux caractéristiques prédéfinies.