Une nouvelle approche pour mieux voir les surfaces… grâce à la RMN !
Une collaboration entre le laboratoire CP2M (Chloé Thieuleux et al.), le Centre de Résonance Magnétique Nucléaire à Très Hauts Champs de Lyon (Anne Lesage et al.) et l’Institut de Chimie Radicalaire de Marseille (Olivier Ouari et al.) vient d’ouvrir une nouvelle voie pour caractériser les surfaces des matériaux. Ce travail vient d’être publié dans le Journal of the American Chemical Society (JACS, 2026, 148, 36922–36931).
La Résonance magnétique nucléaire (RMN) à l’état solide est une technique particulièrement précieuse pour étudier la structure et les propriétés des matériaux. Mais lorsqu’il s’agit d’observer les espèces présentes à leur surface, la tâche se complique : ces espèces sont souvent présentes en très faible quantité et génèrent donc des signaux RMN difficiles à détecter. La polarisation nucléaire dynamique (DNP) permet de contourner cette difficulté en amplifiant fortement les signaux RMN et ainsi d’accéder à des informations auparavant difficiles à obtenir.
Jusqu’à présent, la DNP reposait sur l’imprégnation du matériau à étudier par une solution contenant des radicaux organiques, qui jouent le rôle d’agents polarisants. Cette méthode peut cependant poser problème lorsque les surfaces étudiées sont chimiquement sensibles et susceptibles de réagir avec ces radicaux.
Une nouvelle stratégie : transférer la polarisation d’un solide à l’autre
Les chercheurs proposent ici une approche différente. Ils ont développé des matériaux de silice poreuse intégrant les radicaux polarisants au sein même de leur structure. Ces matériaux « polarisants » peuvent ensuite être mélangés directement avec le matériau à analyser. Après ajout d’un solvant, la polarisation est transférée progressivement du matériau polarisant vers la surface du matériau étudié, sans contact direct entre les radicaux et les sites de surface sensibles. Cette stratégie permet ainsi d’obtenir des gains importants de sensibilité en RMN, tout en préservant les surfaces étudiées.
Cette approche, appelée DNP relayée solide-solide, élargit les possibilités d’utilisation de la DNP à des matériaux qui étaient jusqu’ici difficiles, voire impossibles, à étudier avec les méthodes conventionnelles. Elle ouvre notamment de nouvelles perspectives pour la caractérisation de surfaces catalytiques et de matériaux fonctionnels sensibles.