Des chercheurs découvrent un matériau inhabituel
Le groupe de recherche du professeur Tomislav ąó°ůľ±ĹˇÄŤľ±Ä‡, du DĂ©partement de chimie de l’UniversitĂ© ÎŰÎ۲ÝÝ®ĘÓƵ, s’est forgĂ© une solide rĂ©putation dans le domaine peu connu, mais en pleine croissance, de la mĂ©canochimie, oĂą les transformations chimiques s’effectuent en concassant, broyant ou cisaillant des ingrĂ©dients Ă l’état solide – des techniques faisant appel Ă la force brute plutĂ´t qu’à des agents liquides très recherchĂ©s. « Votre cafetière broie un produit, et le broyage de molĂ©cules dans un laboratoire repose sur un principe similaire », explique le professeur ąó°ůľ±ĹˇÄŤľ±Ä‡. L’usage de la force mĂ©canique prĂ©sente Ă©galement un important avantage, puisqu’il permet d’éviter le recours Ă des solvants en gros nocifs pour l’environnement.
Ă€ la fin de 2012, une Ă©quipe transatlantique de chercheurs codirigĂ©e par le professeur ąó°ůľ±ĹˇÄŤľ±Ä‡Â a rapportĂ© avoir observĂ© une rĂ©action de broyage en temps rĂ©el, Ă l’aide de rayons X Ă forte pĂ©nĂ©tration qui lui a permis d’observer les changements extrĂŞmement rapides survenus lorsque le broyeur a mĂ©langĂ©, moulu et transformĂ© des ingrĂ©dients simples pour en faire un produit complexe. Cette technique a permis aux chercheurs de dĂ©couvrir un matĂ©riau organomĂ©tallique de courte durĂ©e, dotĂ© d’une structure inhabituelle, et crĂ©Ă© pendant le processus de broyage. Dans un article publiĂ© le 23 mars 2015 dans la revue spĂ©cialisĂ©eNature Communications, les scientifiques l’ont appelĂ© « katsĂ©nite », du nom de l’auteur principal de l’article, Athanassios D. Katsenis. Maintenant boursier postdoctoral Ă ÎŰÎ۲ÝÝ®ĘÓƵ, Athanassios Katsenis Ă©tait alors Ă©tudiant en visite dans le groupe du professeur ąó°ůľ±ĹˇÄŤľ±Ä‡ lorsque l’étude a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e. Il a analysĂ© la topologie du matĂ©riau ‒ la disposition et les connexions entre les nĹ“uds structurels de son rĂ©seau cristallin ‒ et dĂ©couvert que les rĂ©sultats ne correspondaient Ă rien de connu.
Cette découverte apporte la première preuve concrète d’un phénomène dont les scientifiques soupçonnaient l’existence depuis longtemps : le broyage entraîne la création de phases temporaires caractérisées par des structures chimiques que les conditions habituelles ne permettent pas d’obtenir.
« S’il est peu probable que cette structure de type katsĂ©nite soit d’une quelconque utilitĂ© pratique, cette dĂ©couverte reprĂ©sente une vĂ©ritable percĂ©e qui influe sur notre comprĂ©hension du traitement Ă grande Ă©chelle des matĂ©riaux et ouvre la porte Ă un nouvel environnement propice Ă la crĂ©ation de structures auparavant inaccessibles », affirme le professeur ąó°ůľ±ĹˇÄŤľ±Ä‡. Par ailleurs, « c’est tout simplement formidable qu’un type de structure chimique porte le nom d’un chercheur mcgillois! ».
Ont également collaboré à cette étude un groupe de scientifiques dirigé par Ivan Halasz, de l’Institut Ruđer Bošković (Croatie), ainsi que des chercheurs de l’Institut Max-Planck pour la recherche sur l’état solide (Allemagne) et de l’Installation européenne de rayonnement synchrotron (France).
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“In situ X-ray diffraction monitoring of a mechanochemical reaction reveals a unique topology metal-organic framework,”Katsenis et al, Nature Communications, 23 March 2015. DOI: 10.1038/ncomms7662
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IMAGE: Schematic view of katsenite’s topology, with different colours depicting different types of nodes in its crystal structure
CREDIT: Athanassios D. Katsenis