Réseaux interactifs pour la capture de gaz avec une haute sélectivité

Les chercheurs ont développé un nouveau matériau poreux flexible qui ouvre les portes et adsorbe uniquement le dioxyde de carbone parmi diverses molécules de gaz similaires. CRÉDIT : Mindy Takamiya/iCeMS de l’Université de Kyoto

Par Revue Eurasie

"Notre travail démontre des performances exceptionnelles de reconnaissance et de séparation des molécules en organisant délibérément la géométrie des pores, la flexibilité structurelle et les sites de liaison au niveau moléculaire au sein d'un polymère de coordination poreux (PCP)", explique le chimiste Susumu Kitagawa, chef de l'équipe de recherche de l'Institut de l'Université de Kyoto. pour les sciences intégrées cellules-matériaux.

Les PCP, également connus sous le nom de structures métallo-organiques (MOF), contiennent des ions métalliques ou des amas maintenus ensemble par des groupes de liaison organiques (à base de carbone). Le choix de différents composants métalliques et l'ajustement de la taille et de la structure des groupes organiques peuvent créer une grande variété de matériaux cristallins contenant des pores dont la taille, la structure et la capacité de liaison chimique sont finement contrôlées. Le nouveau travail va cependant plus loin, avec des pores qui s’adaptent lorsque les molécules souhaitées s’y lient.

"Nous avons conçu un PCP flexible avec un système de canaux ondulés qui peut interagir avec et adsorber les molécules de CO2 en ouvrant sélectivement les pores qui agissent comme des portes, ne laissant passer que le CO2", explique Ken-ichi Otake, également de l'équipe de Kyoto. Capturer le CO2 est particulièrement difficile, explique-t-il, en raison de la taille relativement petite de la molécule et de sa faible affinité pour de nombreux matériaux adsorbants.

Le terme technique désignant ce que réalise l'interaction entre le CO2 et le PCP est le déclenchement de la discrimination d'exclusion. Cela signifie que la liaison des molécules choisies comme cible d'extraction, dans ce cas le CO2, initie un changement structurel synergique qui améliore la liaison et ouvre la structure de la phase solide pour laisser entrer la molécule liée.

L’équipe a démontré la puissance de son système en l’utilisant pour collecter le CO2 à partir de mélanges contenant de nombreuses molécules d’importance industrielle, notamment l’azote, le méthane, le monoxyde de carbone, l’oxygène, l’hydrogène, l’argon, l’éthane, l’éthène et l’éthyne.

Le procédé est nettement plus économe en énergie que les options existantes, sur un cycle complet de captage sélectif et de régénération des gaz. Cela pourrait être important pour le développement de technologies de séparation des gaz plus durables, capables de soutenir des processus industriels à faibles émissions de carbone. L’efficacité énergétique sera également vitale pour tout effort d’ingénierie climatique à grande échelle visant à extraire le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Ces options ne seront pas pratiques si elles nécessitent la production de grandes quantités d’énergie pour alimenter le cycle d’extraction, de libération et de stockage.

"En s'appuyant sur ce succès initial, les recherches futures permettront, espérons-le, de réaliser des percées plus polyvalentes dans un large éventail de processus d'extraction sélective de gaz", déclare le chercheur postdoctoral Yifan Gu, premier auteur du rapport de recherche.