Comment rendre photoconducteur un oxyde de titane nanoporeux

Si l’oxyde de titane est couramment utilisé dans le secteur de l’énergie pour des procédés de catalyse ou sur des cellules solaires, on cherche toujours a en améliorer les performances. Les pistes de recherches se sont naturellement tournées vers l’augmentation de sa surface réactive en le rendant nanoporeux. Mais jusqu’ici les matériaux hybrides nanoporeux à base d’oxyde de titane n’ont pas fait leur preuve, se révélant peu photoconducteurs ou peu stables. Les chercheurs de l’Institut des matériaux nanoporeux de Paris et leurs partenaires ont réussi à trouver une nouvelle famille de MOF qui répond à ces deux limitations. Leurs travaux ont été publiés dans Nature Communication. Le composé de base a été breveté et les applications qui pourront en découler seront commercialisées par la société Framergy qui exploite déjà le MIL-125, un autre hybride nanoporeux de type MOF à base de titane, précédemment mis au point par le laboratoire et utile par exemple dans la capture de COV et dans le traitement de l’eau.

La chaleur était la clé

Cette famille de nouveaux matériaux, baptisée MIP-177 (ou MIL-177) est constituée d’oxoclusters de titane et de ligands carboxylates. Leur synthèse se fait par un procédé vert potentiellement industrialisable. Le premier composé, le MIP-177-LT pour Low temperature s’est avéré très stable chimiquement mais non photoconducteur. Cependant, quand il est chauffé, il subit une transformation de phase inhabituelle et irréversible qui génère un matériau poreux hautement cristallin. Baptisé MIP-177-HT (pour high temperature), il a révélé des propriétés photoconductrices proches de celles du dioxyde de titane dense grâce à la présence de nanofils d’oxyde de titane. On peut en outre en moduler les propriétés électriques en intégrant d’autres éléments comme des atomes de fer et, comme le précisait Christian Serre, directeur de l’Institut des matériaux poreux de Paris dans la lettre de l’innovation du CNRS de novembre 2018 « si l’on introduit un polymère conducteur (polythiophène) dans les pores du MIP-177-HT, la durée de vie des états excités engendrés par irradiation augmente de manière remarquable, ouvrant la voie à de nouvelles applications, notamment en optoélectronique ». Cette nouvelle famille constitue donc une base prometteuse pour de multiples applications et montre que les chercheurs maîtrisent de mieux en mieux la création de MOF à la carte.