Publication dans « Journal of Physical Chemistry Letters »

Mise en évidence et décryptage moléculaire de la dynamique anormale d’un gaz confiné dans un matériau poreux

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Des chercheurs de l’Institut de Physique de Rennes (A. Ghoufi) et de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (N. Audebrand, L. Le Pollès, C. Roiland, T. Bataille et R. Boulé) ont décrypté les mécanismes microscopiques contrôlant la dynamique « anormale » du méthanol confiné dans un matériau poreux de type MOF (Metal-Organic Framework), NH2-MIL-53 (Al). Ce dernier est qualifié de matériau « mou » puisque des stimuli externes comme la pression mécanique ou le champ électrique peuvent induire des transitions structurales réversibles.  Cette flexibilité peut donc impacter la dynamique des molécules invitées et donc affecter les processus d’adsorption, de stockage et de séparation de gaz. Cette étude a été réalisée en combinant des simulations moléculaires de type dynamique moléculaire et Monte Carlo. Ces techniques sont devenues depuis quelques années des outils incontournables dans la compréhension microscopique des processus macroscopiques.
Cette étude a  mis en lumière une dynamique sub-diffusive du méthanol liée à la flexibilité du réseau hôte et à une hétérogénéité spatiale induisant différents régimes dynamiques. Cela se traduit par une dynamique localisée délimitant des nano-domaines, reliés par des sauts translationnels. En outre, Ils ont montré que ces zones étaient contrôlées par la chimie de surface du MOF impliquant un schéma dynamique de type zigzag. Enfin, contrairement à la dynamique translationnelle, ils ont établi que la dynamique rotationnelle était diffusive mettant en évidence un découplage dynamique et donc une violation de la relation de Stokes-Einstein.

 

Anomalous Dynamics of a Nanoconfined Gas in a Soft Metal-organics framework
Roald Boulé, Claire Roiland, Thierry Bataille, Laurent Le Pollés, Nathalie Audebrand, and Aziz Ghoufi
J. Phys. Chem. Letters  10, 1698-1708, 2019.