Contrôler simultanément la taille et le taux de défauts de nanoparticules de MOFs

Les matériaux poreux comme les zéolites ou les « Metal-organic frameworks » (MOFs)* sont utilisés comme catalyseurs dans des procédés industriels de séparation, stockage et transformation chimique de molécules. Pour augmenter leur activité catalytique, on peut soit diminuer la taille des particules pour augmenter la surface externe accessible aux réactifs ; soit introduire des défauts de structure cristalline ou/et de composition afin de générer des sites plus réactifs. Malheureusement, il est pratiquement impossible de contrôler simultanément taille et défauts, deux paramètres qui peuvent même engendrer des effets antagonistes : le nombre de défauts va par exemple augmenter avec la taille de la particule…

Des scientifiques de l’Institut des matériaux poreux de Paris (CNRS/ENS Paris/ESPCI Paris/PSL Université)*, ont mis au point une méthode de synthèse de MOFs simple, verte et à température ambiante qui permet de moduler la taille des particules en conservant le contrôle de leurs défauts.  En optimisant l’ajout des additifs et d’un co-solvant approprié, ils sont parvenus à synthétiser des nanoparticules de carboxylates de zirconium microporeux entre 5 et 40 nm avec un taux record de défauts quelle que soit leur taille. Leur efficacité catalytique a pu être confirmée par des analyses spectroscopiques in situ effectuées au Laboratoire de catalyse et spectrochimie à Caen (CNRS/Université Caen Normandir/ENSICAEN)).

L’équipe belge du Prof. Tatjana Vogt de la KU Leuven a enfin étudié la dégradation de peptides par ces nanoparticules. Leur étude montre que plus le nombre de défauts est élevé, plus elles sont efficaces pour dégrader ces biomolécules par rapport aux solides de « référence » à base de Zirconium, quelle que soit leur mise en forme. De manière surprenante, les scientifiques ont également constaté qu’en changeant le milieu réactionnel (de l’eau à un alcool), le processus catalytique s’inversait et qu’au lieu de dégrader les peptides, il était alors possible de les condenser… Une nouvelle piste de recherche à explorer ?

* En collaboration avec des chercheurs belges de la Katholiek Universiteit (Leuven), le laboratoire C2N (université Paris Saclay, CNRS) et le LCS (Ensicaen, université de Caen, CNRS).

Rédacteur : CCdM

Nanoparticules de solides poreux hybrides de type Metal Organic Frameworks ; (centre) : (gauche) visualisation d'une quantité record de défauts de construction, (droite) image de microscopie électronique à transmission d'une nanoparticules qui forment dans l'eau une suspension colloïdale très stable; (bas) : leur utilisation pour la dégradation ou la condensation efficace de peptides