Méthodologie RMN 17O pour rationaliser la capture du CO2 par les MOFs de nouvelles génération – COMeuFs

Avec l’augmentation de la concentration du CO2 dans l’atmosphère, le besoin de trouver de nouveaux matériaux pour piéger ce gaz est urgent. Dans ce contexte, les matériaux présentant des sites nucléophiles oxygénés en surface constituent une alternative très attractive aux composés traditionnels à base d’amines, et font l’objet de recherches actives. Cependant, leur réactivité avec le CO2 reste encore floue. La résonance magnétique nucléaire (RMN) de l’17O est une spectroscopie très sensible à l'environnement local de l’oxygène, et constitue donc une technique clé pour étudier ces systèmes, encore rarement utilisée à cette fin. Le projet ANR COMeuFs vise à comprendre l’adsorption du CO2 en développant une méthodologie de caractérisation basée sur des expériences de RMN 17O haute résolution et de la modélisation, et de démontrer le potentiel de cette technique pour l’étude de Metal Organic Frameworks (MOFs), dont certains présentant des sites oxygénés pendants, ayant été récemment proposés pour la capture du CO2.
Dans un premier temps, les spectres RMN 17O d’une série de matériaux modèles dont les structures peuvent représenter l’environnement local du CO2 après adsorption seront enregistrés et analysés. Ensuite, la chimi- et physisorption du CO2 dans une série de MOFs sera étudiée par RMN 17O à haut champ (jusqu’à plus de 28T) et modélisée. Des informations sur la dynamique locale au niveau du site d’adsorption seront déduites d’expériences à température variable. De plus, comme l’adsorption du CO2 dans les pores est sensible à la présence d’eau, ou d’autres gaz (e.g. CH4), la compétition au niveau des sites de liaison sera aussi étudiée par RMN 17O.
Ce projet interdisciplinaire associe des équipes d’expertise complémentaire (enrichissement 17O, RMN solide et modélisation). Il apportera une vue globale de l’interaction entre le CO2 et des MOFs, certains présentant notamment des groupes oxygénés réactifs à leur surface, ce qui sera utile pour améliorer leur capacité d’adsorption du CO2, et aussi pour caractériser d’autres matériaux actuellement étudiés pour la capture du CO2.