Les minéraux et l'art MOFderne

« L'utilité de l'inutile ». Voilà la formule du chercheur japonais Susumu Kitagawa pour décrire sa propre création : les polymères de coordination poreux (PCPs). Plus connus sous le nom de Metal-Organic Frameworks (MOFs), ces matériaux marient la chimie organique et la chimie inorganique, deux mondes qui d'ordinaire se boudent. Les MOFs sont donc des hybrides cristallins dotés de pores de surfaces spécifiques vertigineuses et de propriétés chimiques remarquables. Cette dualité en fait les couteaux suisses de la science, capables de tout faire : capturer des gaz, stocker de l'énergie, purifier des solutions, doper des catalyses ou s'illustrer dans le domaine médical.

Le problème ? À l'état brut, la synthèse d'un MOF donne une poudre, inadaptée à une utilisation à l'échelle industrielle. D'où, probablement, le terme « inutile » de Kitagawa. Pour y pallier, des techniques comme le pressage ou l'extrusion ont été testées. Mais ces méthodes engendrent la perte des propriétés initiales des MOF. C'est précisément ici qu'entre en scène un projet de thèse au laboratoire LHyS mené par Ervin Prozsa et dirigé par Michaël Carboni, Arnaud Poulesquen, Vanessa Proust et Jérémy Audevard.

L'objectif de ce travail de recherche ? Relever le défi de concevoir une méthode de mise en forme à la fois simple, accessible et efficace. Deux stratégies distinctes sont actuellement explorées.

La première repose sur la méthode des Émulsions à Haute Phase Interne (HIPE), et plus spécifiquement l'émulsion de Pickering. Le secret réside dans la stabilisation d'une émulsion grâce à des particules solides s'agglutinant à la frontière entre l'eau et l'huile pour former un monolithe solide. Qu'il s'agisse d'une émulsion eau-dans-huile ou huile-dans-eau, la stabilité dépend du bon vouloir des particules choisies. L'incorporation d'additifs, tels que des polymères (Poly-HIPE) ou des silices (Si-HIPE), permet ensuite de donner au monolithe une plus grande robustesse.

La seconde piste mise sur la colocation forcée : faire croître directement les MOFs à la surface de géopolymères. Un géopolymère est un aluminosilicate méso- et/ou macroporeux qui possède des propriétés intéressantes d'adsorption et de séparation. Un protocole de synthèse vert travaillé permet désormais de tapisser l'intégralité de la surface du géopolymère avec des cristaux de MOF, le tout à basse température et sans agitation.

Au final, ces deux méthodes sont à l'origine d'un solide hybride à la porosité hiérarchisée (du macro- au micropore). Les vertus des supports solides et des MOFs fusionnent enfin, sans obstruer ni altérer leur hôte.

Figure : Croissance dendritique de MOF sur un géopolymère

^{Crédit : ICSM}

Ce travail a fait l'objet :

• d'une publication vidéo dans JoVE
• d'un article publié dans Materials Today Communications :

E. Prozsa, S. Medjouel, J. Audevard, V. Proust, A. Poulesquen, M. Carboni. Macro- and microporous interfaces: Direct MOF growth on geopolymer surfaces. Mater. Today Commun. 52 (2026) 115195. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2026.115195

Contacts : Vanessa PROUST, Michaël CARBONI