Les émissions de gaz à effet de serre contribuent de manière significative au réchauffement climatique. Non seulement le dioxyde de carbone (CO2), mais aussi les gaz contenant du fluor, y compris les hydrocarbures dits perfluorés ou polyfluorés, ou PFC, ont une part importante dans cette évolution. Des chercheurs de l’Institut de chimie organique de l’Université de Heidelberg dirigé par le professeur Michael Mastalerz ont récemment développé de nouveaux matériaux cristallins capables d’adsorber sélectivement les molécules de ces liaisons carbone-fluor. Les chercheurs de Heidelberg espèrent que ces cristaux poreux pourront être utiles pour la liaison et la récupération ciblées des PFC.
Les carbones polyfluorés sont des composés organiques de différentes longueurs dans lesquels les atomes d’hydrogène des alcanes sont partiellement ou totalement remplacés par des atomes de fluor. Ces atomes sont chimiquement très stables. Ils ne sont pas omniprésents dans la nature et sont principalement utilisés pour les processus de gravure dans l’industrie des semi-conducteurs, dans la chirurgie oculaire et dans les diagnostics médicaux en tant qu’amplificateurs de contraste pour certains examens échographiques.
« Contrairement au CO2, qui est intégré dans les cycles naturels des matériaux, les PFC s’accumulent dans l’atmosphère et y restent plusieurs milliers d’années avant de se décomposer », explique le professeur Mastalerz. Par rapport au dioxyde de carbone, les PFC ont donc un potentiel de réchauffement climatique beaucoup plus important – l’impact d’une molécule de PFC est pratiquement égal à 5 000 à 10 000 molécules de CO2. Selon le chercheur, cela fait des hydrocarbures polyfluorés un problème permanent qui non seulement contribue au réchauffement climatique mais l’accélère également.
Avec son groupe de recherche à l’Institut de chimie organique de l’Université de Heidelberg, le professeur Mastalerz a développé un nouveau type de matériau cristallin capable d’adsorber de manière très sélective les hydrocarbures polyfluorés, en les liant à sa surface intérieure. Les cristaux poreux sont basés sur des composés de cage organiques à forme persistante qui portent des chaînes latérales contenant du fluor sur les entretoises interconnectées. Ces chaînes latérales réagissent selon le principe « like attracts like » via des interactions fluor-fluor avec les molécules de PFC, assurant leur dépôt sur la surface interne du matériau.
Dans leurs expériences, les chercheurs de Heidelberg ont prouvé que les cristaux qu’ils ont développés lient certains gaz contenant du fluor tels que l’octafluoropropane ou l’octafluorocyclobutane environ 1 500 à 4 000 fois plus fortement que le diazote, le principal composant de l’air. Selon le professeur Mastalerz, ces chiffres représentent des sélectivités extraordinairement élevées pour lier ces PFC.
Actuellement, le professeur Mastalerz et son équipe travaillent à augmenter encore la sélectivité des cristaux et à transférer le processus à d’autres gaz fluorés, tels que ceux utilisés en anesthésie médicale. « Je vois un énorme potentiel de développement dans ce domaine », déclare le chercheur. Il espère que l’adsorbant pourra être utilisé pour la récupération des hydrocarbures polyfluorés à leur point d’utilisation.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans Matériaux avancés.
Ke Tian et al, Adsorption hautement sélective des gaz à effet de serre perfluorés par des cages organiques poreuses, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002/adma.202202290