Les chercheurs ont développé une méthode pour améliorer la séparation des isomères chimiques en contrôlant la diffusion moléculaire. En utilisant un film mince à structure métallo-organique, ils ont appliqué des interactions chimiques dynamiques pour ajuster la dynamique des pores et inverser les préférences de diffusion des isomères. Leur travail est publié dans Communications naturelles.
Les technologies de séparation chimique (gaz, hydrocarbures, isotopes, isomères) sont essentielles à notre vie quotidienne. Des efforts mondiaux sont en cours pour simplifier les processus de séparation et de purification en utilisant des techniques de génie chimique et de nouveaux matériaux.
Les matériaux poreux, fonctionnant comme des membranes, peuvent réaliser ces séparations avec un apport d’énergie minimal et une empreinte carbone réduite, rendant le processus durable à la fois économiquement et écologiquement.
Toutefois, l’amélioration de l’efficacité reste un défi. Pour y parvenir, il faut une compréhension et un contrôle plus approfondis des interactions moléculaires et des processus de diffusion (mouvement des molécules dans les pores).
Une équipe de recherche de l’Institut Tata de recherche fondamentale d’Hyderabad, dirigée par Ritesh Haldar, a mis au point une stratégie visant à améliorer le contrôle du processus de diffusion chimique.
Les isomères sont des molécules qui ont la même composition chimique mais qui ont des géométries distinctes et, par conséquent, des propriétés chimiques différentes.
La séparation des isomères chimiques nécessite un contrôle précis de la taille des pores et des fonctionnalités chimiques. Les petites dimensions des molécules nécessitent des pores mesurant entre 10 et 10 m. Étant donné que la taille des isomères diffère légèrement, parfois de l’ordre de quelques angströms, il est difficile de trouver un tamis moléculaire capable de séparer efficacement les isomères en fonction de leur taille.
Pour réaliser une expérience de diffusion contrôlée, les chercheurs ont utilisé un matériau ordonné nanoporeux appelé structure métallo-organique.
En combinant expérience et simulation moléculaire, les chercheurs pourraient proposer une nouvelle stratégie chimique, une interaction chimique dynamique, qui permet d’affiner la diffusion des isomères chimiques.
Dans cette méthodologie, la nature chimique et la dynamique des pores étroits fonctionnent en tandem. Ils pourraient montrer qu’en mettant en œuvre cette stratégie, la préférence pour la diffusion des isomères peut même être inversée.
Les groupes de recherche de Jagannath Mondal et Soumya Ghosh au TIFR Hyderabad ont prédit comment les interactions chimiques et la dynamique des pores influenceraient le mouvement moléculaire.
Sur la base de leurs découvertes, l’équipe de Ritesh Haldar a créé un matériau poreux idéal pour démontrer cette interaction dynamique unique. Grâce à leur nouvelle méthode, ils ont réussi à séparer les isomères halogènes aliphatiques et ont même montré que les préférences de séparation pouvaient être inversées en cas de besoin.
Plus d’informations :
Tanmoy Maity et al, Pilotage de la sélectivité de diffusion des isomères chimiques dans des nanocanaux alignés d’un film mince à structure métallo-organique, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-53207-3