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Une structure organométallique pour servir de catalyseur

Les matériaux luminescents, qu'ils soient organiques ou minéraux, ont été largement étudiés pour leurs applications dans l'éclairage, l'affichage et la détection. Récemment, des chercheurs financés par l'UE ont fait appel à des polyoxométalates pour leur donner de nouvelles fonctionnalités.
Une structure organométallique pour servir de catalyseur
Les réseaux métallo-organiques (metal-organic frameworks, MOF) associent un ligand organique et un ion de métal. Ceci leur confère des propriétés que l'on trouve chez peu d'autres matériaux. En particulier, les MOF poreux représentent une base unique pour réaliser des matériaux luminescents semi-conducteurs.

Les MOF ont été comparés aux zéolites, mais ils n'en ont pas les propriétés d'échanges d'ions. Les chercheurs du projet LAMP (Luminescence amplification by metal organic framework-polyoxometalate composites), financés par l'UE, ont réussi à obtenir cette caractéristique clé. Ils ont atteint la polyvalence de zéolites en intégrant des molécules dans les pores des MOF.

Les chercheurs ont fonctionnalisé les MOF à l'aide de polyoxométalates. Ces ions polyatomiques ont servi à remplir les pores de la structure HKUST-1 (Hong Kong University of Science and Technology-1) de charge neutre. Leurs charges négatives ont été compensées par des cations cuivre extra-structurels d'un MOF.

Les polyoxométalates de type Keggin induisent l'hydrolyse et la dimérisation des ions cuivre à température normale, ce qui déclenche la nucléation et la croissance spontanées de la structure HKUST-1. Dans les mêmes conditions mais sans ces ions polyatomiques, la structure HKUST-1 ne se forme pas.

D'autre part, une quantité stoéchiométrique de polyoxométalates conduit à des matériaux très cristallins suite à leur occupation des gros pores. L'un des rares exemples de MOF doté d'un comportement bien documenté d'échange de cations est la structure MOF mixte COK-16.

À ce jour, plusieurs milliers de matériaux mixtes minéraux-organiques ont été synthétisés, beaucoup ayant trouvé des applications dans industrielles. À la poursuite de plus de composites polyoxométalate-MOF de ce type, les chercheurs ont aussi trouvé des polyoxométalates à base de niobium.

Les détails de la synthèse de composites polyoxométalate-MOF sont présentés dans un article publié par ChemPlusChem, et un autre est en préparation.

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Mots-clés

Structure organométallique, matériaux luminescents, polyoxométalates, échange d'ions, LAMP