Avec cette publication parue dans Nature Chemistry le 10 mai 2021, l’équipe Chimie organométallique et catalyse de polymérisation (COCP) de l’IRCP de Chimie ParisTech – PSL / CNRS, avec d’autres chercheurs découvrent une nouvelle famille de verres hybrides organiques-inorganiques.

Emergence des MOFs. Les dernières années ont vu la découverte d’un nouvel état des matériaux hybrides organiques–inorganiques, appelés MOFs (metal-organic frameworks), sous une forme liquide stable à haute température. Ce nouvel état liquide permet de servir de point de passage pour la création (par refroidissement rapide, ou trempe) de verres fonctionnels hybrides, qui conservent le réseau tridimensionnel de liaisons organiques–inorganiques de la phase cristalline d’origine, ainsi que des propriétés de porosité. Bien que ces nouveaux matériaux soient prometteurs, ce phénomène n’était jusqu’ici observé que pour un nombre extrêmement restreint de structures et toutes de la même famille chimique : les imidazolates de zinc. Bien qu’intéressant, ce phénomène ne pouvait donc pas être considéré comme général ou transférable à d’autres structures.

Découverte d’une nouvelle famille de matériaux vitreux. Grâce aux efforts d’un large consortium regroupant des équipes de spécialités expérimentales et théoriques, les chercheurs pu démontrer que le même mécanisme peut être exploité dans une classe très différente de matériaux : les pérovskites hybrides. Celles-ci sont largement étudiées à l’état cristallin en raison de leurs propriétés pour (parmi d’autres) le transport d’ions, la photoconductivité, la ferroélectricité et la multiferroïcité. Les chercheurs ont ainsi montré qu’une série de plusieurs matériaux de cette famille (pérovskites hybrides organiques-inorganiques à base de dicyanamides) peuvent subir une fusion contrôlée pour produire un liquide, sans décomposition thermique de leurs composants organiques. Plus encore, ils ont étudié en détail cette transformation par le couplage d’un grand nombre de techniques de spectroscopie, de diffraction et également par une modélisation des mouvements atomiques en fonction de la température par dynamique moléculaire. Le refroidissement de ces liquides de perovskites hybrides permet d’obtenir des verres de pérovskites hybrides, conservant la connectivité inorganique-organique, et leurs propriétés physiques sont intéressantes : très faible conductivité thermique, conductivité électrique, propriétés thermo-mécaniques proches des polymères. Il s’agit de la découverte d’une nouvelle famille de matériaux vitreux, et d’une nouvelle voie d’accès (par la phase liquide) à des verres hybrides fonctionnel.

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Légende illustration : Structure de perovskite hybride à base de manganèse”, copyright FX Coudert.