Conception de matériaux poreux hiérarchisés synthétisés au départ de précurseurs moléculaires uniques

  • Arnaud Lemaire

Student thesis: Doc typesDocteur en Sciences

Résumé

La raréfaction des matières premières et les besoins sans cesse croissants de l’humanité ont amenés à de nouveaux impératifs au niveau des procédés de synthèse dans l’industrie. Ceux-ci se doivent d’être plus sélectifs, plus spécifiques et plus efficaces tout en préservant l’environnement. De fait, une des grandes et très porteuses tendances actuelles dans le domaine de la chimie des matériaux est la conception de nouveaux oxydes mixtes, tels que des matériaux aluminosilicatés, présentant une ou plusieurs porosités structurées à l’échelle nanométrique, ainsi que des propriétés catalytiques acido-basiques et/ou rédox renforcées. Ce type de matériaux présente un intérêt essentiel dans les secteurs de la chimie fine ainsi que dans les procédés de raffinage du pétrole. L’efficacité catalytique de cette gamme d’oxydes mixtes est néanmoins tributaire de l’homogénéité avec laquelle les espèces actives sont dispersées au sein du réseau silicaté poreux. Les méthodes de synthèse conventionnelles mènent systématiquement à des phénomènes de séparation de phases. Ceci découle de la différence de réactivité des précurseurs employés. Ces solides obtenus sont inhomogènes d’un point de vue chimique car constitués d’un réseau silicaté appauvri en sites actifs, et de nanoparticules d’oxyde métallique d’activité catalytique limitée. Un grand nombre d’efforts tendent à contrôler, via le développement de stratégies scientifiques toujours plus efficaces, l’insertion de quantité importante de sites actifs au sein de la charpente silicatée, tout en prévenant ces processus de séparation de phases. Une stratégie prometteuse consiste en l’emploi de précurseurs moléculaires uniques. La conversion de ces sources moléculaires, se substituant à un mélange de précurseurs indépendants, ayant leur réactivité propre, permet l’obtention d’oxydes mixtes poreux arborant une homogénéité chimique supérieure. L’objectif ce travail est donc la mise au point d’une nouvelle génération de matériaux poreux homogènes synthétisés au départ de précurseurs moléculaires uniques servant potentiellement à des fins catalytiques. Cette thèse relate premièrement la conception de matériaux zirconosilicatés (Si/Zr ~ 4) homogènes poreux, suivi de la synthèse de solides aluminosilicatés macro-mésoporeux riches en aluminium tétravalent (1 < Si/Al < 2), via l’hydrolyse contrôlée (ajustement du pH, utilisation d’agents chélatants, ajout de co-précurseurs silicatés,…) et la condensation de précurseurs moléculaires uniques, préalablement sélectionnés et/ou synthétisés, en milieux aqueux. Ces solides ont été caractérisés au mieux (RMN, BET, MEB, MET,…) afin de pouvoir mettre en évidence une homogénéité chimique supérieure, tandis qu’un soin tout particulier fut apporté au développement et au contrôle des porosités. La génération spontanée de macro-mésoporosités hiérarchisées présentes au sein des solides aluminosilicatés fit l’objet d’études assidues, notamment par microscopie optique, afin d’en percer les mécanismes de fonctionnement. Finalement, les propriétés d’échange ionique et de stabilité thermique de cette génération d’échantillons ont été examinées.
la date de réponse22 oct. 2010
langue originaleFrançais
L'institution diplômante
  • Universite de Namur
SuperviseurBAO LIAN SU (Promoteur), Robert Sporken (Président), Alain KRIEF (Jury), Alexandre Leonard (Jury), Paul THIRY (Jury), Rénal BACKOV (Jury) & Clément Sanchez (Jury)

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