Une « cage de cages », c’est ainsi que les scientifiques ont décrit un nouveau type de matériau poreux, unique dans sa structure moléculaire, qui pourrait être utilisé pour piéger le dioxyde de carbone et un autre gaz à effet de serre plus puissant.
Synthétisé en laboratoire par des chercheurs du Royaume-Uni et de Chine, le matériau est fabriqué en deux étapes, avec des réactions assemblant les éléments constitutifs d’un prisme triangulaire en cages tétraédriques plus grandes et plus symétriques, produisant la première structure moléculaire de ce type. l’équipe affirme.
Le matériau résultant, avec son abondance de molécules polaires, attire et retient les gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) avec une forte affinité. Il a également montré une excellente stabilité dans l’eau, ce qui serait essentiel pour son utilisation dans la capture du carbone en milieu industriel, à partir de flux de gaz humides ou humides.
“C’est une découverte passionnante” dit Marc Little, spécialiste des matériaux à l’Université Heriot-Watt d’Édimbourg et auteur principal de l’étude, “parce que nous avons besoin de nouveaux matériaux poreux pour aider à résoudre les plus grands défis de la société, tels que la capture et le stockage des gaz à effet de serre”.
Pour fabriquer le matériau poreux, les molécules précurseurs en forme de prisme triangulaire s’assemblent en structures plus grandes en forme de cage. (Zhu et coll., Synthèse naturelle, 2024)
Bien qu’elles n’aient pas été testées à grande échelle, les expériences en laboratoire ont montré que le nouveau matériau en forme de cage absorbait également une forte quantité de Hexafluorure de soufre (SF6), qui selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, est le gaz à effet de serre le plus puissant.
Là où le CO2 persiste dans l’atmosphère pendant 5 à 200 ans, le SF6 peut y rester entre 800 et 3 200 ans. Ainsi, bien que les niveaux de SF6 dans l’atmosphère soient beaucoup plus faibles, sa durée de vie extrêmement longue confère au SF6 un potentiel de réchauffement climatique de environ 23 500 fois celle du CO2 comparée sur 100 ans.
Éliminer de grandes quantités de SF6 et de CO2 de l’atmosphère, ou même les empêcher d’y pénétrer, est ce que nous devons faire de toute urgence pour maîtriser le changement climatique.
Les chercheurs estiment que nous devons extraire environ 20 milliards de tonnes de CO2 chaque année pour annuler nos émissions de carbone qui ne font qu’augmenter.
Jusqu’à présent, les stratégies d’élimination du carbone éliminent environ 2 milliards de tonnes par an, mais ce sont surtout les arbres et les sols qui font leur travail. Juste à propos de 0,1 pour cent d’élimination du carboneenviron 2,3 millions de tonnes par an, grâce à de nouvelles technologies telles que le captage direct de l’air, qui utilise des matériaux poreux pour absorber le CO2 de l’air.
Les chercheurs sont occupés concevoir de nouveaux matériaux pour améliorer la capture directe de l’air pour la rendre plus efficace et moins gourmande en énergie, et ce nouveau matériau pourrait être une autre option. Mais pour éviter les pires impacts du changement climatique, nous devons réduire les émissions de gaz à effet de serre plus rapidement que ces technologies naissantes ne le peuvent actuellement.
Néanmoins, nous devons mettre tout en œuvre pour lutter contre ce problème mondial. Créer un matériau d’une telle complexité structurelle n’a cependant pas été facile, même si les molécules précurseurs s’assemblent techniquement toutes seules.
Cette stratégie est appelée auto-assemblage supramoléculaire. Il peut produire des structures chimiquement imbriquées à partir de blocs de construction plus simples, mais cela nécessite quelques ajustements car “les meilleures conditions de réaction ne sont souvent pas intuitivement évidentes”, selon Little et ses collègues. expliquer dans leur article publié.
Plus la molécule finale est complexe, plus elle devient difficile à synthétiser et plus un « brouillage » moléculaire pourrait se produire dans ces réactions.
Pour mieux comprendre ces interactions moléculaires autrement invisibles, les chercheurs ont utilisé des simulations pour prédire comment leurs molécules de démarrage s’assembleraient dans ce nouveau type de matériau poreux. Ils ont pris en compte la géométrie des molécules précurseurs potentielles, ainsi que la stabilité chimique et la rigidité du produit final.
Outre son potentiel à absorber les gaz à effet de serre, les chercheurs suggérer leur nouveau matériau pourrait également être utilisé pour éliminer d’autres vapeurs toxiques de l’air, telles que les composés organiques volatils, qui se transforment facilement en vapeurs ou en gaz provenant des surfaces, y compris de l’intérieur des voitures neuves.
“Nous considérons cette étude comme une étape importante vers le déverrouillage de telles applications à l’avenir”, a déclaré Little. dit.
L’étude a été publiée dans Synthèse naturelle.
2024-05-10 05:25:35
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