Deux mondes, une matière

Polymères avec un squelette métallique

08.02.2023 - Chine

Jusqu'à présent, c'était clair : vous pouvez avoir un métal ou un plastique, mais pas les deux en un. Cependant, les choses ne doivent pas rester ainsi. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche chinoise vient de présenter un polymère avec un squelette métallique qui est conducteur, thermiquement stable et possède des propriétés optoélectroniques intéressantes.

En raison des structures électroniques différentes des atomes métalliques et non métalliques, il est difficile de conférer aux polymères les propriétés des métaux, telles qu'une conductivité thermique et électrique élevée. Les polymères avec un squelette métallique pourraient combiner les avantages des deux types de matériaux et ouvrir la voie à des matériaux dotés de nouvelles fonctionnalités. Le problème réside dans la faiblesse des liaisons entre les atomes métalliques, qui ne peuvent pas stabiliser le squelette d'un polymère dans la même mesure que les atomes non métalliques des polymères classiques. Une équipe dirigée par Guowei Wang et Huisheng Peng a réussi à synthétiser un polymère stable dont le squelette est constitué d'atomes de nickel.

L'équipe de l'université Fudan et de l'université des sciences et technologies de Chine orientale (Shanghai, Chine) a utilisé une molécule en forme de calice (calixarène) comportant quatre sites de liaison comme "échafaudage" pour le polymère métallique. Ils ont attaché quatre chaînes de poly(aminopyridine) aux calixarènes, ce qui permet de regrouper les quatre chaînes et de les aligner en parallèle. La synthèse des chaînes peut être réalisée par étapes à partir de blocs de construction individuels ou plusieurs blocs plus grands peuvent être reliés entre eux. En utilisant une procédure de synthèse itérative dans laquelle les groupes protecteurs et les coiffes terminales sont liés puis retirés, l'équipe est en mesure de produire des chaînes de longueur égale. Ils procèdent ensuite à la métallisation. Les atomes d'azote des molécules de la chaîne peuvent fixer le nickel. Leur distance les uns par rapport aux autres correspond exactement à la distance des liaisons métal-métal, ce qui fait que les atomes de nickel se lient entre eux en une seule ligne. Les quatre chaînes de poly(aminopyridine) s'enroulent autour de la chaîne de nickel en une hélice, comme le montre l'analyse de la structure aux rayons X, et la stabilisent. L'équipe a ainsi pu synthétiser des polymères avec un squelette de nickel et une longueur contrôlée avec précision. Ils ont produit des versions comportant de trois à 21 atomes de nickel. Il est intéressant de noter que la distance entre les atomes de nickel diminue à mesure que la longueur de la chaîne augmente, ce qui renforce les liaisons Ni-Ni.

Les nouveaux matériaux peuvent conduire l'électricité, sont thermiquement stables et peuvent être traités en solution. Ils présentent une forte absorption de la lumière en fonction de la longueur avec des bandes interdites étroites, ce qui est prometteur pour les dispositifs optoélectroniques et les semi-conducteurs. La nouvelle stratégie de synthèse pourrait également être étendue à d'autres métaux de transition tels que le cuivre et le cobalt.

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