Matériaux micro-poreux supramoléculaires pour la qualité de l’air intérieur: vers une régulation simultanée des taux de H2O et de CO2. – HOF@IAQ

L'objectif de cette étude est de développer des matériaux à structure ouverte associés par liaison-H (HOF) pour des applications possibles en tant qu'adsorbants. Les HOF considérés sont les composés SPA-1 et SPA-2 développés par le groupe de Toulouse. Dans un travail collaboratif récent, les deux partenaires ont démontré pour ces HOF la possibilité d'exercer un contrôle précis sur la fonctionnalisation chimique des pores dans un édifice à liaison H donnée, sans modifier la topologie de la structure de référence, et donc d'affiner les caractéristiques de sorption du matériau. Sur la base de ces résultats préliminaires, nous proposons de développer des matériaux fonctionnels en vue d'applications possibles. Les HOFs sont une classe émergente de solides microporeux, et les considérer du point de vue des applications est tout à fait inédit.
Deux domaines d'application sont envisagés. Le premier concerne les technologies de transfert de chaleur par adsorption (AHT) ; le second, la qualité de l'air intérieur (IAQ), pour aider à réguler les niveaux maximums de H2O et de CO2. Les exigences en termes de seuil d'adsorption pour ces deux applications sont différentes (P/P0 d'environ 0,3 et 0,7, respectivement pour l'AHT et la QAI, mais la plage d'adsorption est liée au caractère hydrophile des pores, qui peut être ajusté par fonctionnalisation chimique des canaux. L'approche est donc identique pour les deux objectifs.
L'adsorption du CO2 dans des conditions ambiantes est un défi beaucoup plus difficile à relever. En effet, bien que de nombreux matériaux microporeux adsorbant le CO2 aient été décrits, leur capacité s'effondre généralement en présence d'humidité. Cependant, certains exemples montrent que la capture du CO2 en présence de vapeur d'eau est possible si le matériau microporeux est fonctionnalisé avec des groupes pouvant interagir avec le CO2, typiquement des dérivés d'amines. L'objectif est d'obtenir un HOF capable d'adsorber simultanément du CO2 et du H2O dans la gamme des niveaux considérés comme trop élevés par les normes de QAI (i.e. humidité > 60% et taux de CO2 > 1000 ppm).
La synthèse et la caractérisation de ces HOF accordables basés sur SPA-1 et SPA-2 seront développées en mettant l'accent sur le vide accessible aux hôtes, les stabilités structurelle et chimique, les caractéristiques de sorption et les conditions d'activation pour la sorption cyclique de l'eau et du dioxyde de carbone. Le dépôt de ces HOF sur des supports solides avec des liants sera effectué. Les applications pour la régulation simultanée de H2O et de CO2 dans l'air intérieur seront étudiées.

Le travail est organisé autour des questions suivantes :
(1) Comment les blocs de construction moléculaires peuvent-ils être conçus pour ajuster le caractère hydrophile des pores sans affecter la porosité ?
(2) La porosité permanente est-elle vraiment une condition préalable, ou les HOF souples peuvent-ils mieux répondre aux critères de niveaux d'humidité plus élevés (>60%) ?
(3) De quelle manière les HOF doivent-ils être construits pour permettre la capture simultanée de l'H2O et du CO2 ?
(4) Comment la solubilité et la reformation du HOF peuvent-elles être avantageusement utilisées pour la conception d'un matériau composite dans un dispositif de sorption cyclique d'H2O et de CO2 ?
(5) La porosité inhérente des HOF peut-elle être conservée lors de la formulation avec des polymères ?
(6) Les HOF présentant une porosité effective peuvent-ils être formés/cristallisés de manière directionnelle sur des substrats?