Créer des matériaux polycavité aqueux

Connaissez-vous les PAPs (porous aromatic/polyaromatic polymers) ? Ces polymères aromatiques/polyaromatiques poreux présentent des polycavités qui ont l’avantage de permettre l’adsorption ou la séparation de molécules et de gaz. Mais leurs applications actuelles se limitent à l’état solide. Seules des molécules à une cavité ont jusqu’ici pu être étudiées en solution. Des chercheurs de l’Université des sciences de Tokyo (Japon) viennent donc de réaliser une avancée majeure. En effet, les trois collègues – Shinji Aoyama (premier auteur de l’étude), Lorenzo Catti et Michito Yoshizawa – sont parvenus à débloquer les fonctions microporeuses des PAPs en solution. Pour ce faire, ils ont notamment suivi un protocole de broyage-sonication. Autrement dit, les scientifiques ont d’abord écrasé manuellement le solide avant de le soumettre à des ondes ultrasonores. Le résultat est décrit en détail dans le journal Chem du 2 juin 2025.

Des matériaux à trois voire quatre composantes

La méthode de préparation du matériau polycavité aqueux repose sur l’encapsulation de polymères poreux pyrène-benzène par des micelles aromatiques. Ces dernières forment des agrégats sphéroïdaux de molécules amphiphiles (avec une chaîne hydrophile et une chaîne hydrophobe) permettant d’enfermer la substance dans une sorte de capsule. Plus précisément, les chercheurs ont broyé 1,4 mg de micelles et 2 mg de polymères pyrène-benzène à l’aide d’un mortier et d’un pilon en agate. Ils ont ensuite ajouté 2 mL d’eau avant de soumettre le tout à un sonicateur pendant une dizaine de minutes. Le mélange obtenu, composé de particules de différentes tailles, a ensuite été placé en centrifugeuse (3 600 g pendant 10 nouvelles minutes) puis filtré par des pores de 0,45 µm. En sortie, Shinji Aoyama et ses comparses ont récupéré une solution jaune comportant cette fois des particules de taille uniforme quasi sphériques d’environ 100 nm.

Le composite résultant est un matériau polycavité aqueux, permettant l’incorporation d’hydrocarbures et/ou de colorants dans lesdites cavités. L’équipe de recherche s’en est assurée en remuant dans de l’eau un mélange de PAP à base de pyrène-benzène avec un hydrocarbure cyclique, le cyclodécane (C₁₀H₂₀). La fusion des deux substances a donné un matériau à trois composantes, possédant une forte teneur en cyclodécane. Les scientifiques ont même observé le cas – très rare – d’un matériau à quatre composantes (avec du colorant en plus par exemple). À l’avenir, de tels composites pourraient servir pour le stockage, la détection et les catalyses en milieu aqueux.