Les MOFs (Metal Organic Frameworks) sont des matériaux hybrides cristallins obtenus par assemblage d’ions métalliques et de ligands organiques. Ces matériaux présentent un fort potentiel pour de nombreuses applications en raison de leur grande porosité (surface spécifique typiquement comprise entre 1000 et 10000 m2/g) supérieure à celle des matériaux poreux inorganiques et de leurs propriétés structurales (taille et forme de pores) et physico-chimiques, ajustables par le choix des précurseurs. Au laboratoire, l’équipe Electrochimie et Couches Minces s’intéresse à la réalisation de couches minces MOF par croissance directe sur des surfaces de Silicium. Des travaux commencés dans le cadre de la thèse de Hongye Yuan (2017) et poursuivis dans le cadre de la thèse Weichu Fu (en cours) viennent de faire l’objet d’une publication dans Chemistry - an Asian Journal. [1]
La croissance de MOF à base de Fe et de ligands carboxylate a été étudiée sur des surfaces de silicium préalablement fonctionnalisées par greffage d’une monocouche organique, selon des méthodes développées précédemment dans l’équipe. Les résultats montrent la co-nucléation et la croissance de différentes phases cristallines et différentes morphologies de couches : densité plus ou moins grande de cristallites avec des orientations spécifiques ou couches continues poly-cristallines. Les propriétés structurales des différentes phases ont pu être déterminées à partir de caractérisations par microscopie électronique à balayage (MEB) ou à force atomique (AFM), combinées à des analyses par Diffraction de Rayons X (DRX). Un résultat particulièrement intéressant et inédit est la mise en évidence de la croissance de couches ultraminces (≤ 50 nm) texturées présentant des domaines monocristallins étendus et de nanoparticules 2D d’épaisseur de quelques nanomètres également texturées, dont la nature a pu être déterminée grâce à de l’imagerie AFM haute résolution.
[[1] Growth of Fe-BDC Metal-Organic Frameworks onto Functionalized Si (111) Surfaces, H. Yuan, W. Fu, N. Soulmi, C. Serre, N. Steunou, M. Rosso and C. Henry de Villeneuve, Chem. Asian J., 2022