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Baptisés MOFs pour réseaux métallo-organiques, ces nanomatériaux bénéficient d’une structure flexible qui leur permet de stocker et de relarguer plus facilement les gaz.
CO2, méthane, hydrogène, acétylène… Du fait de leur inflammabilité, certains gaz s’avèrent particulièrement dangereux à manipuler, stocker et transporter. Récemment, une équipe de recherche internationale rassemblant des scientifiques du Centre national de la recherche scientifique (CNRS), du groupe industriel spécialiste des gaz Air Liquide et de l’Université de Kyoto (Japon) a découvert une nouvelle famille de matériaux. Baptisés MOFs pour Metal–Organic Frameworks, ou réseaux métallo-organiques en français, ces matériaux nanoporeux pourraient stocker bien plus efficacement les gaz inflammables pour les usages industriels.
Bouteille de stockage d’acétylène. © Air Liquide
Des contraintes de sécurité
Il faut dire que le stockage des gaz inflammables est un véritable défi pour l’industrie. Tout d’abord en raison de leur dangerosité, ces gaz doivent être manipulés selon des températures et des pressions bien précises en fonction de leur nature. Quant à leur stockage et leur relargage, là-aussi, de nombreuses contraintes apparaissent.
Des problèmes durant le relargage
Ainsi, selon les chercheurs qui ont publié leurs résultats dans la revue Nature Chemistry le 21 avril 2022, les matériaux utilisés traditionnellement pour les stocker sont choisis pour leur porosité. Or, justement parce que ces matériaux sont poreux, ils présentent une grande affinité avec les molécules de gaz, ce qui complique leur libération car une certaine quantité de gaz ne s’échappe pas, et reste logée à l’intérieur du matériau hôte.
Structure du Metal-Organic Framework MOF-508, composé de carbone (noir), d’azote (bleu), d’oxygène (rouge) et de zinc (vert). La flexibilité et le caractère entrelacé de ce réseau sont des paramètres clefs pour le stockage de l’acétylène. © François-Xavier Coudert / CNRS
Des matériaux flexibles
D’où l’intérêt de cette découverte : les MOFs ont obtenu des résultats en termes de stockage et de relargage bien plus efficaces. En raison à cela, ces matériaux sont nanoporeux et flexibles. C’est-à-dire qu’ils peuvent être modifiés pour améliorer l’adsorption de petites molécules.
Un relargage plus efficace
Testés par les scientifiques, ces nouveaux matériaux ont obtenu des résultats prometteurs. Notamment en ce qui concerne l’acétylène dont les MOFs ont pu stocker puis relarguer 90 fois plus de volume que les matériaux poreux existants, soit 77% du gaz stocké.
Une structure nanoporeuse
Il faut dire que les MOFs se constituent de structures cristallines nanoporeuses. Ce qui leur confère des propriétés de flexibilité telles qu’ils peuvent jongler entre deux états, à savoir « ouverts » et « fermés » pour le stockage et le relargage des gaz. Il est également possible de les modifier, voire de paramétrer avec précision la pression de stockage et de relargage. Pratique pour s’adapter aux contraintes industrielles.
Vers un élargissement des applications
Si seul l’acétylène a été testé pour l’heure, l’équipe de recherche souhaite désormais se tourner vers l’étude d’autres gaz comme le CO2, le méthane et l’hydrogène. En toile de fond, ces recherches sont menées dans le cadre de l’International Research Project SMOLAB qui rassemble scientifiques français et japonais dans la recherche des MOFs flexibles et de leurs applications.
Ségolène Kahn
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