Rationaliser la conception des architectures de stockage de gaz au niveau moléculaire Les structures organométalliques (MOF pour Metal organic frameworks) sont bien adaptées au stockage de molécules de gaz. Des chercheurs financés par l'UE ont conçu de nouvelles formes de ces structures, capables de s'ouvrir et de stocker des molécules qui normalement n'y tiendraient pas. Énergie © Thinkstock Les structures organométalliques, comme le suggère leur nom, sont faites de ponts d'oxydes métalliques liés à des composés organiques. Ces structures sont ainsi très poreuses, avec des cavités séparées par des ouvertures et une très grande surface. Du fait de la force de leurs liaisons chimiques, les MOF sont en général plutôt rigides et chimiquement stables. Leur modularité permet une conception rationnelle de systèmes personnalisés de pores. Lorsqu'on les associe à des zéolithes microporeuses, qui partagent un grand nombre de leurs propriétés et qui servent déjà à divers usages partout dans le monde, on obtient des structures zéolithiques imidazole (ZIF pour zeolitic imidazole frameworks). Les ZIF sont largement reconnues pour leur potentiel en matière de stockage de gaz, y compris ceux qui servent de source d'énergie comme l'hydrogène (H2) ou le méthane (CH4), ainsi que pour la séquestration et le stockage du dioxyde de carbone (CO2). Cependant et malgré leur grand potentiel, la conception de nouvelles structures ZIF pour l'absorption des gaz (adhérence des molécules de gaz à la surface) se fait principalement par tâtonnement. Des chercheurs européens soutenus par le financement du projet DASZIF ont étudié la possibilité de concevoir rationnellement des ZIF. Ils ont conduit des simulations moléculaires pour identifier les structures ZIF optimales, puis les ont synthétisées et caractérisées en fonction de leur absorption de divers gaz. Les chercheurs ont observé un écart entre les profils d'absorption attendus et constatés, écart qu'ils ont expliqué par des simulations. Ils ont identifié la source des écarts au niveau de l'équilibre entre la force des interactions fluide-fluide et celle des interactions fluide-solide, qui dépend elle-même du type de fluide et de la taille des pores. L'une des découvertes les plus intéressantes découle de résultats précédents, montrant la possibilité d'une absorption de molécules de gaz plus grande que les fenêtres entre les cavités. Les scientifiques ont alors démontré expérimentalement la souplesse structurelle des ZIF, due à une modification des coupleurs imidazolate. Ces modifications se traduisent par un élargissement des pores. L'équipe a ensuite caractérisé cet effet en fonction de l'absorption de divers gaz intéressants pour le secteur de l'énergie. La conception de nouvelles structures ZIF, la caractérisation détaillée de leurs caractéristiques d'absorption et la démonstration de leur souplesse structurelle peuvent avoir un impact considérable sur le stockage de gaz à usage énergétique et pour la séquestration du gaz carbonique.
