CNRS La lettre innovation

Partenariats, création d'entreprises, brevets, licences, événement... Retrouvez tous les mois les dernières actualités de la valorisation et de l'innovation au CNRS.

Brevets et licences

Un matériau hybride nanoporeux photoconducteur à base d'oxyde de titane

Pour optimiser les performances de l'oxyde de titane, utilisé notamment dans le domaine de l'énergie (catalyse, cellules solaires...), des chercheurs de l'Institut des matériaux poreux de Paris1 ont mis au point une forme nanoporeuse stable du matériau.

illustration

L'oxyde de titane est un matériau couramment utilisé en photocatalyse (sur des vitrages autonettoyants, par exemple) ou dans certaines cellules solaires. Pour améliorer ses performances, une solution consiste à le rendre nanoporeux, afin d'augmenter sa surface réactive, ou pour accroître la diffusion de réactifs à travers le matériau. Des matériaux hybrides nanoporeux à base d'oxyde de titane se sont jusqu'à présent révélés à la fois peu photoconducteurs et le plus souvent peu stables chimiquement. Des chercheurs de l'Institut des matériaux poreux de Paris1 ont mis au point un nouveau matériau hybride nanoporeux du type MOF (Metal organic framework) qui répond à ces deux limitations2, des chercheurs de l'Université de Kyoto (Japon) ayant démontré que ce solide était photoconducteur sous irradiation UV.

Le nouveau matériau3 MOF, constitué d’oxoclusters de titane et de ligands carboxylates, baptisé MIP-177-LT (MIP pour Matériaux de l’Institut des matériaux poreux de Paris ; LT pour Low Temperature), est obtenu en laboratoire par un procédé vert qui peut être étendu à plus grande échelle. Si le MIP-177-LT est très stable chimiquement, il s’avère non photoconducteur. Cependant, ce nouveau MOF, par chauffage, se transforme en un matériau baptisé MIP-177-HT (HT pour Haute Température), dont la particularité est de contenir des nanofils d'oxyde de titane, avec cette fois-ci des propriétés photoconductrices proches de celles du TiO2 dense. Ses propriétés électriques sont également modulables en introduisant dans sa structure des hétéroéléments, par exemple des atomes de fer. « De plus, 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 », indique Christian Serre, directeur de l'Institut des matériaux poreux de Paris.

Plus généralement, le MIP-177 constitue une structure de base prometteuse pouvant déboucher sur de multiples applications. Ainsi, tout en poursuivant le développement de voies de synthèse plus simples et mieux contrôlées, les chercheurs élaborent des matériaux à la carte pour de nombreuses applications, par exemple dans le domaine des piles à combustible, de la production d'hydrogène et de la biomédecine.

La société Framergy a acquis en 2015 une licence d'exploitation du matériau MIL-125, également un matériau hybride nanoporeux de type MOF à base de titane, précédemment mis au point par le laboratoire. Framergy explore notamment des applications telles que la capture de composés organiques volatils et le traitement de l’eau. Des MOFs fonctionnalisés NH2-MIL-125 produits par Framergy sont maintenant disponibles commercialement en quantités allant jusqu’à 1 kg.

 

1 Institut des matériaux poreux (CNRS/ENS/ESPCI)

2 Les résultats de cette étude, menée en collaboration avec l’Institut de recherche de chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech), Synchrotron Soleil, l'Institut Charles Gerhardt (CNRS/Université de Montpellier), le Laboratoire Conditions extrêmes et matériaux : Haute température et irradiation (CNRS) et l'université de Kyoto (Japon), ont été publiés dans Nature Communications : "A phase transformable ultrastable titanium carboxylate framework for photoconduction" ; Sujing Wang, Takashi Kitao, Nathalie Guillou, Mohammad Wahiduzzaman, Charlotte Martineau-Corcos, Farid Nouar, Antoine Tissot, Laurent Binet, Naseem Ramsahye, Sabine Devautour-Vinot, Susumu Kitagawa, Shu Seki, Yusuke Tsutsui, Valérie Briois, Nathalie Steunou, Guillaume Maurin, Takashi Uemura & Christian Serre. Nature Communications (2018) 9:1660 | DOI: 10.1038/s41467-018-04034-w

3 Brevet EP16305692, en copropriété CNRS/Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, déposé le 10/06/2016 et étendu le 14/12/2017 (WO2017211923)

Contact :

Christian Serre / Institut des matériaux poreux de Paris / christian.serre@ens.fr

Jason Ornstein / Framergy / findoutmore@framergy.com

Tiphaine Bourgeteau / CNRS Innovation / tiphaine.bourgeteau@cnrsinnovation.fr