Bekend om hun uitzonderlijke porositeit die het vangen of transporteren van moleculen mogelijk maakt, metaal-organische raamwerken (MOF's) in de vorm van een poeder, waardoor ze moeilijk te formatteren zijn. Voor de eerste keer, een internationaal team onder leiding van wetenschappers van het Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech) heeft het verrassende vermogen van een type MOF aangetoond om zijn poreuze eigenschappen in de vloeibare en vervolgens in de glastoestand te behouden. Vandaag gepubliceerd in Natuurmaterialen , deze bevindingen openen de weg naar nieuwe industriële toepassingen.

Metaal-organische raamwerken (MOF's) vormen een bijzonder veelbelovende klasse van materialen. Hun uitzonderlijke porositeit maakt het mogelijk om grote hoeveelheden gas op te slaan en af ​​te scheiden, of om op te treden als katalysator voor chemische reacties. Echter, hun kristallijne structuur impliceert dat ze in poedervorm worden geproduceerd, die moeilijk op te slaan en te gebruiken is voor industriële toepassingen. Voor de eerste keer, een team van wetenschappers van het CNRS, Chimie ParijsTech, Cambridge Universiteit, Air Liquide en de synchrotrons van ISIS (VK) en Argonne (VS) hebben aangetoond dat de eigenschappen van een zeoliet MOF onverwacht behouden bleven in de vloeibare fase (wat in het algemeen niet gunstig is voor porositeit). Vervolgens, na afkoelen en stollen, het verkregen glas nam een ​​ongeordende, niet-kristallijne structuur die ook dezelfde eigenschappen behield in termen van porositeit. Deze resultaten zullen de vormgeving en het gebruik van deze materialen veel efficiënter mogelijk maken dan in poedervorm.

Om dit te behalen, de wetenschappers gebruikten neutronendiffractie en röntgenstralen om de structuur van de MOF te observeren na het smelten, zodra het in de vloeibare fase was. Ze correleerden deze gegevens met moleculaire simulaties die dezelfde temperatuuromstandigheden reproduceerden als die toegepast op de MOF tijdens het smelten. Door de combinatie van de twee methoden konden ze de structurele veranderingen beschrijven die van invloed waren op het materiaal toen het in de vloeibare fase kwam en vervolgens opnieuw stolde. Zo slaagden ze erin een atypisch mechanisme aan te tonen. De MOF die werd bestudeerd, bestond uit piramidale moleculaire raamwerken, elk bestaande uit een zinkatoom omgeven door vier cyclische, organische moleculen die imidazolaten worden genoemd. bij het smelten, de door de temperatuurstijging gegenereerde energie kon de link tussen een imidazolaat en zink verbreken, waardoor het piramidale raamwerk wordt vernietigd. De resulterende ruimte werd vervolgens ingenomen door een andere imidazolaatcyclus die werd vrijgegeven door een naburig raamwerk om de oorspronkelijke structuur te recreëren. Het zijn deze moleculaire uitwisselingen tussen complexe structuren die de MOF zijn vloeibare karakter hebben gegeven.

In het geval van deze specifieke MOF, porositeit was het gevolg van de aanwezigheid van openingen tussen de piramidale structuren die door gassen konden worden opgevuld. Omdat de MOF in vloeibare toestand dezelfde piramidale structuur behield, zijn porositeit werd dus gehandhaafd. Naast het vermogen van deze MOF om zijn eigenschappen te behouden na het smelten, deze studie beschrijft het geval van een poreuze vloeistof, waarvan er maar weinig in de literatuur voorkomen.