Les chercheurs ont développé avec succès une méthode rapide et évolutive induite par l’évaporation pour créer des films minces continus et uniformes de structures organométalliques amorphes mésoporeuses (aMOF).
La recherche dirigée par le professeur Kevin C.-W. Wu de l'Université nationale de Taiwan et le professeur Yusuke Yamauchi de l'Université de Nagoya révèlent une stratégie nouvelle et évolutive pour fabriquer des films à structure organométallique amorphe mésoporeuse (aMOF), spécifiquement démontrés à l'aide du ZIF-90 amorphe (aZIF-90).
Le travail vise à surmonter les difficultés liées à la formation de films MOF uniformes, qui souffrent généralement de joints de grains, de fissures et d'une mauvaise intégrité mécanique en raison de leur nature cristalline. L'étude est publiée dans Matériaux avancés.
L’équipe de scientifiques a développé une méthode d’assemblage de micelles induite par l’évaporation du solvant, utilisant des micelles de copolymères séquencés comme modèles souples. En optimisant soigneusement le système co-solvant (THF/MeOH) et le rapport entre les ions métalliques et les lieurs organiques, ils ont permis l'auto-assemblage coopératif de micelles polymères avec des précurseurs MOF lors de l'évaporation du solvant.
Cette approche a donné des films minces avec des architectures mésoporeuses continues (pores de 15 à 20 nm), des surfaces lisses (Run ≈ 0,5 nm), et une excellente uniformité sur différents substrats. La condition optimale du solvant était de 20 % en volume de méthanol dans le THF, équilibrant les taux de micellisation et de formation de film. Les techniques de revêtement par centrifugation et de revêtement par pulvérisation se sont révélées efficaces, soulignant l'adaptabilité de la méthode à une production à grande échelle.
Une caractérisation complète, incluant SEM, AFM, GISAXS, XRD, FTIR, RMN du solide et XAS, a confirmé la structure amorphe et la cohérence chimique de l'aZIF-90 avec son homologue cristallin. Malgré l’absence d’ordre à longue portée, aZIF-90 a conservé une coordination Zn-N locale similaire tout en offrant des mésopores interconnectés bénéfiques pour le transport de masse. Les simulations de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) ont clarifié le rôle de la composition du solvant : le méthanol a facilité la déprotonation et la coordination du lieur, tandis que le THF a favorisé le piégeage cinétique et l'amorphisation.
Enfin, le film mésoporeux aZIF-90 a été appliqué à la détection de l'acide urique, montrant une sensibilité plus élevée et des limites de détection plus faibles que le ZIF-90 cristallin en raison de son réseau de pores ouvert et accessible. Ce travail établit une voie générale et rapide pour fabriquer des films aMOF mésoporeux uniformes adaptés aux applications électrochimiques, catalytiques ou de détection.
« Ce travail établit une nouvelle référence pour le développement de films aMOF hautes performances. En surmontant les limites typiques des MOF cristallins, telles que les joints de grains et la mauvaise continuité du film, notre stratégie induite par l'évaporation ouvre la voie à leur intégration plus large dans des dispositifs fonctionnels avancés, y compris des applications pratiques de biodétection », déclare le professeur Wu, auteur correspondant de l'étude.
