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FP6

MOFCAT — Résultat en bref

Project ID: 33335
Financé au titre de: FP6-NMP
Pays: Norvège

Des structures cristallines originales pour faciliter des réactions industrielles

Plusieurs secteurs font appel à des solides cristallins, disposant de pores bien définis et caractérisés par leur forme, taille et espèces chimiques présentes, pour contrôler des réactions. Des chercheurs financés par l'UE ont mis au point des squelettes organométalliques (metal organic frameworks ou MOF) susceptibles de s'affranchir des limitations des solides cristallins classiques et de renforcer la compétitivité de l'Europe sur un marché très vaste.
Des structures cristallines originales pour faciliter des réactions industrielles
Les MOF se caractérisent par une densité de pores très élevée, proposant ainsi une très grande surface aux liaisons. En outre, ils peuvent être spécialisés par l'ajout d'espèces chimiques fonctionnelles. Ces propriétés les rendent très intéressants pour plusieurs réactions.

Les réactions catalytiques s'appuient sur la présence d'un catalyseur en petite quantité pour associer des composés chimiques de manière sélective et réversible. Le catalyseur accélère la réaction et augmente la quantité de produit final. Ce type de réaction est particulièrement favorisé par la structure microporeuse qui agit comme un tri sélectif pour rapprocher les molécules et faciliter leur liaison avec un rendement élevé.

En outre, les cristaux microporeux conviennent bien aux réactions d'adsorption, dans lesquelles certaines molécules seulement se lient à la surface du substrat, ce qui facilite la séparation ou la purification. Cette technique peut servir à fabriquer des détecteurs sophistiqués en l'associant à une filtration qui améliore la sélectivité, ou encore à faciliter le stockage de gaz.

Le projet Mofcat («Functional metal organic frameworks as heterogeneous catalysts») visait à mettre au point des processus fiables, cohérents et évolutifs pour la synthèse de MOF importants pour l'industrie, et nouveaux ou non.

Les chercheurs ont travaillé sur deux familles de MOF. L'une déjà connue, la CPO-27-M (M=nickel, magnésium, cobalt ou manganèse), l'autres est la famille UiO-66 basée sur le zirconium. L'association de l'analyse par spectroscopie et d'une modélisation de la chimie quantique a conduit à une excellente caractérisation des structures. Grâce à la variété des éléments M possibles, la famille CPO-27-M présente un autre intérêt, celui de permettre une comparaison directe de la réactivité des divers métaux au sein d'une même structure de MOF. Autre point important, les chercheurs ont augmenté l'échelle de la production des deux familles de MOF, rendant leur technique intéressante au niveau industriel.

Les deux familles sont capables de stocker des quantités notables d'hydrogène à basse température, et le CPO-27-Ni (M=nickel) a montré une capacité intéressante de stockage du méthane même sous forme de boulettes, autre facteur potentiellement intéressant pour l'industrie. L'équipe de Mofcat a aussi réalisé de nouveaux catalyseurs MOF, certains ayant deux fois plus d'activité que le concurrent commercialisé.

L'équipe de Mofcat a donc réalisé des progrès notables dans le domaine des MOF en vue d'utilisations industrielles, notamment pour le stockage de gaz et la catalyse, avec le potentiel d'augmenter considérablement la compétitivité de l'Europe sur un marché mondial particulièrement important et lucratif.

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