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Des liquides poreux, c’est possible !

Les solides poreux sont fréquemment utilisés à l’échelle industrielle pour des applications de séparation de mélanges gazeux ou de stockage de gaz. Mais la notion de porosité est plus rarement employée pour décrire les propriétés de liquides, même quand ils ont la capacité d’emprisonner des gaz. Une équipe de Institut de chimie de Clermont-Ferrand (CNRS / Université Blaise Pascal / ENSCCF), en collaboration avec des chercheurs de la Queen’s University Belfast (Royaume Uni), vient de montrer que contrairement à ce que l’on pensait, un liquide pouvait être poreux. Les chercheurs ont synthétisé une nouvelle famille de liquides présentant des pores permanents. De tels liquides pourraient ainsi se révéler très prometteurs pour la séparation d’espèces chimiques. Ces résultats sont parus dans la revue Nature.

Tous les liquides présentent des espaces libres entre les molécules qui les constituent. Ces espaces, qui se forment et disparaissent de manière dynamique, sont souvent trop petits pour pouvoir accueillir des quantités importantes d’autres espèces chimiques comme des gaz. Au contraire, des pores volumineux et pérennes existent le plus souvent dans des matériaux solides, tels que les zéolites, qui sont utilisés dans nombreuses applications. Malheureusement, ces matériaux solides sont souvent difficiles à mettre en forme pour des utilisations variées.

L’idée de synthétiser un liquide présentant des pores permanents n’est pas nouvelle mais les chercheurs ont réussi pour la première fois à préparer et à caractériser de tels liquides, par des expériences et des simulations numériques de dynamique moléculaire qui intègrent l'évolution des molécules du liquide au cours du temps. Le nouveau liquide poreux qu’ils ont mis au point est constitué de molécules creuses fonctionnalisées en surface par des groupes éther-couronne, solubles à grande concentration (1:12), dans un solvant trop encombrant pour pénétrer dans les pores. Une porosité 500 fois plus grande que celle du solvant pur a ainsi pu être obtenue. Les cavités de ces molécules peuvent être exploitées pour accueillir de plus petites molécules comme du méthane : on constate qu’il est alors 8 fois mieux absorbé que dans un solvant pur.

L’équipe de recherche propose donc une méthode de synthèse facile de molécules creuses fonctionnalisées, à partir de produit commerciaux, et dresse ainsi les bases pour construire de nouvelles classes de matériaux poreux liquides et fonctionnels utilisables en chimie des procédés pour de l'extraction d’espèces chimiques.

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Absorption du méthane dans le liquide poreux et dans le solvant pur à différentes températures. © M. Costa Gomes

Référence

N. Giri, M. Del Pópolo, G. Melaugh, R. L. Greenaway, K. Rätzke, T. Koschine, L. Pison, M.F. Costa Gomes, A.I. Cooper & S.L. James

Liquids with permanent porosity

Nature 12 novembre 2015
DOI: 10.1038/nature16072

Contact chercheur

Margarida Costa Gomes, Institut de chimie de Clermont-Ferrand.

Courriel : margarida.costa-gomes@univ-bpclermont.fr

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

5 février 2016