Des cristaux poreux détectent l'oxyde nitrique
Détection ultrasensible du NO à l'aide d'une structure organique métallique 2D conductrice
La détection du monoxyde d'azote (NO) est importante pour la surveillance de la qualité de l'air, car le NO libéré lors de la combustion des combustibles fossiles contribue aux pluies acides et au smog. En médecine, le NO est une molécule messagère importante et sert de biomarqueur pour l'asthme. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de chercheurs vient de présenter un matériau capable de détecter le NO de manière réversible, à faible puissance et avec une sensibilité et une sélectivité élevées : un cadre métal-organique bidimensionnel contenant du cuivre et conducteur d'électricité.
© Wiley-VCH
Les structures métallo-organiques (MOF) sont des structures en treillis constituées de "nœuds" métalliques reliés par des ponts organiques (ligands). Une nouvelle classe de MOF est constituée de structures conductrices d'électricité composées de couches. Ces MOF 2D ont démontré un grand potentiel en tant que capteurs chimirésistifs qui réagissent à la présence de molécules spécifiques par un changement de leur résistance électrique, ce qui pourrait permettre une détection particulièrement sensible et à faible consommation d'énergie des gaz toxiques. Les problèmes posés par ces systèmes sont notamment la réactivité croisée avec une variété de gaz et une réutilisation limitée en raison de la liaison irréversible des substances à analyser.
Katherine A. Mirica, Christopher H. Hendon et leur équipe du Dartmouth College (Hanover, NH, États-Unis), de l'université de l'Oregon (Eugene, OR/USA) et de l'Ulsan National Institute of Science and Technology (Corée du Sud) ont maintenant mis au point un 2D-cMOF réutilisable pour la détection hautement sélective du NO. Ils ont choisi d'utiliser un 2D-cMOF à base de cuivre et d'hexaiminobenzène, Cu3(HIB)2. Grâce à une stratégie de synthèse différente (le linker a été ajouté sous forme de poudre non dissoute à une solution d'ions Cu2+ et d'acétate de potassium), l'équipe a produit un matériau présentant une cristallinité nettement plus élevée (cristallites en forme de bâtonnets d'une longueur d'environ 500 nm) que ce qui avait été obtenu auparavant.
Les cristallites sont constituées de couches empilées d'une structure en forme de toile d'anneaux à six chaînons reliés entre eux par des ions cuivre liés à leurs atomes d'azote. Des analyses spectrométriques et des calculs ont révélé que les sites de liaison pour le NO étaient des unités Cu-bis(iminobenzosemiquinone) du cuivre-2D-cMOF. Un composé analogue fabriqué avec du nickel au lieu du cuivre n'a pas montré d'absorption significative de NO. De toute évidence, les ions cuivre à charge positive unique, qui sont présents en petites quantités dans la structure à côté de ceux à double charge positive, jouent un rôle important dans la fixation du NO. Des études informatiques suggèrent que le NO adsorbé déforme considérablement la structure, déstabilisant l'état lié, ce qui est la cause principale de la réversibilité souhaitable de l'adsorption du NO.
Ce nouveau matériau de capteur détecte le NO à température ambiante et à faible tension (0,1 V) avec une sensibilité élevée (limite de détection d'environ 1,8 ppb) et peut être réutilisé pendant au moins sept cycles sans régénération. Les mesures quantitatives du NO ont également été réussies en présence d'humidité et ont montré une forte amélioration du signal du capteur pour le NO par rapport à d'autres gaz, tels que le dioxyde d'azote, le sulfure d'hydrogène, le dioxyde de soufre, l'ammoniac, le monoxyde et le dioxyde de carbone.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Hyuk‐Jun Noh, Doran L. Pennington, Jeong‐Min Seo, Evan Cline, Georganna Benedetto, Jong‐Beom Baek, Christopher H. Hendon, Katherine A. Mirica; "Reversible and Ultrasensitive Detection of Nitric Oxide Using a Conductive Two‐Dimensional Metal–Organic Framework"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-12-2
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