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Les composés à base d’oxyde de titane (Ti-O) sont une famille bien connue de matériaux largement répandus dans le quotidien. Le plus connu de tous, le dioxyde de titane (TiO2), qui présente une faible toxicité, une abondance naturelle élevée et une stabilité remarquable, joue non seulement un rôle essentiel dans des produits courants (dentifrice, peinture, crème solaire, pigment alimentaire, plastique, caoutchouc, etc.), mais connaît également une utilisation croissante dans les domaines avancés liés aux systèmes énergétiques (photocatalyse, cellules solaires) de par ses propriétés électrochimiques prometteuses.
Rendre la structure du TiO2 poreuse est un moyen efficace d’optimiser et d’améliorer ses performances actuelles en augmentant les sites actifs accessibles ainsi que la diffusion de réactifs et de produits en son seing. Malheureusement les essais actuels conduisent à des matériaux de faibles qualité en terme de stabilité et cristallinité. L’idée est donc de se tourner vers les matériaux hybrides organique/inorganique poreux.
L’équipe de Christian SERRE de l’Institut des Matériaux Poreux de Paris (FRE 2000 IMAP – ENS/ESPCI/CNRS/PSL), en collaboration avec des équipes françaises (ICGM, Montpellier ; IRCP, Paris et le synchrotron Soleil) et l’université de Kyoto au Japon a mis au point un nouveau matériau hybride nanoporeux (Metal-Organic Framework – MOF) à base de chaînes d’oxyde de titane – Ti-MOF – qui combine pour la première fois l’ensemble des innovations recherchées. Synthétisé via un protocole plus respectueux de l’environnement et facilement modulable sur le plan chimique, ce Ti-MOF présente une structure poreuse hautement cristalline avec une excellente stabilité chimique. En particulier, son comportement photoconducteur se rapproche de celui de TiO2, ce qui rend ce composé prometteur en tant qu’édifice préliminaire vers des applications pratiques. Ainsi les auteurs ont pu démontrer que le fait d’introduire un polymère conducteur au sein des pores du MOF permet d’augmenter considérablement le temps de vie des charges excitée sous irradiation UV au sein du matériau, ouvrant la voie à de nouvelles applications en optoélectronique, catalyse ou détection.
Gauche : vue de la structure du Ti-MOF selon l’axe des pores; droite : vue des chaînes d’oxyde de titane constitutives du Ti-MOF (atomes/polyèdres de Ti : en jaune et bleu; atomes d’oxygène en rouge)
Source :
Wang et al., A Phase Transformable Ultrastable Titanium-carboxylate Framework as A Porous Functional Scaffold, Nature Communications
doi:10.1038/s41467-018-04034-w
Contact Chercheur :
Christian SERRE, DR CNRS
FRE 2000 IMAP (ENS/ESPCI/PSL/CNRS)
christian.serre@ens.fr