Le nouveau matériau est composé de molécules creuses, similaires à des cages, qui forment une structure poreuse capable d’absorber de grandes quantités de dioxyde de carbone (CO2) et d’hexafluorure de soufre (SF6), le gaz à effet de serre le plus puissant connu.
Un nouveau matériau poreux, composé de molécules creuses similaires à des cages, capture certains des gaz à effet de serre les plus puissants et persistants dans l’atmosphère. Découvert récemment par une équipe de scientifiques dirigée par des chercheurs de l’Université Heriot-Watt d’Édimbourg (Royaume-Unis), le nouveau matériau est capable d’absorber le dioxyde de carbone (CO2) plus rapidement que les arbres et de stocker également de grandes quantités d’hexafluorure de soufre (SF6), le gaz à effet de serre le plus puissant connu.
La découverte a été accueillie avec enthousiasme par les chercheurs, qui ont qualifié le nouveau matériau d’« intéressant » car il pourrait devenir un outil important dans le développement de technologies de capture des gaz à effet de serre de l’atmosphère. « Même lorsque nous cesserons d’émettre du dioxyde de carbone, il y aura encore un énorme besoin de capturer les émissions déjà présentes dans l’environnement », a expliqué le Dr Marc Little de l’Institut de Chimie de l’Université Heriot-Watt et co-auteur principal de la recherche. « Planter des arbres est un moyen très efficace d’absorber le carbone, mais c’est très lent. C’est pourquoi nous avons besoin d’une intervention humaine, comme les molécules produites par l’homme, pour capturer les gaz à effet de serre de l’environnement de manière efficace et plus rapide ».
Le nouveau matériau qui absorbe le CO2 plus rapidement que les arbres
Le matériau récemment découvert par les chercheurs est une « cage de cages », c’est-à-dire un matériau composé de blocs de molécules – connus sous le nom de cages prismatiques trigonales [2+3] – qui, par synthèse chimique, sont assemblés dans une « cage tétraédrique [4[2+3]+6] » : ce processus synthétique, expliquent les chercheurs dans un article de recherche publié cette semaine dans la revue Nature Synthesis, confère aux molécules de la cage tétraédrique [4[2+3]+6] une bonne solubilité et, surtout, la capacité de cristalliser dans une surstructure poreuse (les blocs constitutifs [2+3] ne sont pas poreux).
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Plus précisément, les molécules de la cage [4[2+3]+6] ont montré des « absorptions élevées de CO2 et SF6 grâce à leur squelette polaire », ont précisé les auteurs de l’étude qui, lors d’expériences en laboratoire, ont testé l’efficacité du nouveau matériau, soulignant comment l’abondance d’atomes polaires dans la cavité de la cage a conféré une « capacité d’absorption élevée ».
![La sintesi della “gabbia di gabbie”, una gabbia tetraedrica [4[2+3]+6] - indicata in figura come [4[2+3]+6]cage - che è stata ottenuta a partire da gabbie prismatiche trigonali [2+3] - indicata come Cage-3-Cl - assemblate con il tetrafluoroidrochinone (TFHQ) in una soluzione di N -diisopropiletilammina (DIPEA) e acetone / Credit: Nature Synthesis 2024](https://www.netcost-security.fr/wp-content/uploads/2024/04/1714399351_182_Un-materiau-nouvellement-decouvert-absorbe-le-dioxyde-de-carbone-plus.jpg "Un matériau nouvellement découvert absorbe le dioxyde de carbone plus rapidement que les arbres 3")
La synthèse de la « cage de cages », une cage tétraédrique [4[2+3]+6] – indiquée dans la figure comme [4[2+3]+6]cage – qui a été obtenue à partir de cages prismatiques trigonales [2+3] – indiquées comme Cage-3-Cl – assemblées avec le tétrafluorohydroquinone (TFHQ) dans une solution de N -diisopropyléthylamine (DIPEA) et d’acétone / Crédit : Nature Synthesis 2024
Pour prédire comment les blocs de molécules s’assembleraient, les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques avant de procéder à la synthèse chimique proprement dite, en choisissant comme élément constitutif une cage prismatique trigonale [2+3] à liaison éther, Cage-3-Cl, dont la stabilité géométrique et l’excellente stabilité chimique ont ensuite permis l’assemblage avec le tétrafluorohydroquinone (TFHQ) dans la « cage de cages » finale.
Selon le Dr Little, cette stratégie de conception pourrait être encore améliorée en utilisant des outils d’intelligence artificielle (IA). « La combinaison d’études computationnelles comme les nôtres avec les nouvelles technologies d’IA pourrait créer un approvisionnement sans précédent en nouveaux matériaux poreux pour aider à résoudre les plus grands défis de la société », explique Marc Little. « Notre étude est une étape importante dans cette direction, mais si nous pouvons utiliser des outils d’intelligence artificielle, nous pourrons vraiment prédire ces matériaux de manière plus rapide et précise, accélérant leur découverte ».