fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université technique de Graz (TU Graz) ont démontré que les films de structures métallo-organiques (MOF) possèdent une structure totalement différente de celle supposée précédemment. Cette étude, menée sur des films de cuivre-téréphtalate de cuivre (Cu(bdc)), remet en question le modèle structurel largement accepté jusqu'à présent.
En raison de leur porosité élevée, les MOF sont considérés comme des matériaux prometteurs pour des applications innovantes telles que le stockage de gaz, la capture du dioxyde de carbone ou l'administration ciblée de médicaments. Leur découverte a été récompensée par le prix Nobel de chimie en 2025. La structure des MOF sous forme monocristalline est relativement facile à déterminer, mais celle des films reste en grande partie un mystère, alors que la structure détermine les propriétés et les applications potentielles du matériau.
L'équipe dirigée par Roland Resel et Egbert Zojer de l'Institut de physique du solide de l'Université technique de Graz, en collaboration avec Paolo Falcaro et ses collègues de l'Institut de chimie physique, ainsi que Christof Wöll de l'Institut de technologie de Karlsruhe (Karlsruher Institut für Technologie), a publié un article dans la revue Advanced Functional Materials. En prenant l'exemple des films de Cu(bdc), les chercheurs montrent que tous les modèles structurels proposés précédemment sont incorrects et identifient une structure capable d'expliquer toutes les propriétés observées : les films de Cu(bdc) ne sont en réalité pas poreux, mais densément tassés et contiennent des groupes hydroxyle supplémentaires, absents dans la plupart des modèles antérieurs.
« Nos résultats indiquent que de nombreux modèles structurels de films MOF publiés sont incorrects et doivent être réévalués », déclare Egbert Zojer. Cette avancée découle de la combinaison de simulations complexes de mécanique quantique avec la méthode de diffraction des rayons X en incidence rasante rotative (rotating-GIXD) utilisée sur le synchrotron Elettra à Trieste. Contrairement aux méthodes traditionnelles, la méthode rotating-GIXD fournit une image quasi complète du cycle cristallin, permettant à l'équipe de déduire la structure atomique des films de Cu(bdc). En combinant les simulations de mécanique quantique avec la densité des films déterminée par réflectométrie des rayons X, les chercheurs ont éliminé un grand nombre de structures proposées dans la littérature antérieure et ont révélé la véritable identité du film grâce à la simulation.
La structure non poreuse désormais identifiée explique pourquoi le film est presque incapable de charger des molécules invitées, pourquoi il présente une stabilité anormalement élevée vis-à-vis de l'eau, et pourquoi il possède des propriétés magnétiques impossibles dans les structures supposées précédemment. Cette structure confirme également son état fondamental ferromagnétique, orientant son potentiel d'application vers des phénomènes physiques pouvant être pertinents dans les capteurs, la microélectronique ou les systèmes de stockage magnétiques. De plus, la structure contient des couches d'oxyde de cuivre similaires à celles des supraconducteurs à haute température, et les applications qui pourraient en découler constituent une base pour des recherches futures.
« Grâce à notre travail, nous avons démontré que seule la combinaison de méthodes de diffraction modernes avec la modélisation théorique permet de déterminer de manière fiable la structure des films MOF », souligne Egbert Zojer. « La méthode de diffraction développée par l'équipe de Roland Resel, associée au logiciel développé à l'Université technique de Graz pour l'analyse des données synchrotron, fournit des outils importants à cet effet. Cela jette les bases pour élucider à l'avenir la structure d'autres films MOF, puis les utiliser de manière ciblée pour de nouvelles applications dans les capteurs et la microélectronique. »
