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Auto-assemblage en solution de matériaux hybrides tensioactifs- silice


Auto-assemblage en solution de matériaux hybrides tensioactifs- silice

Les matériaux méso-structurés à porosité ajustable constituent un domaine de recherche en pleine expansion en science des matériaux. Ils donnent lieu à de très nombreuses applications, allant de la catalyse aux bio-matériaux, et leur développement répond ainsi à de nombreux enjeux industriels. Depuis leur découverte en 1992, de nombreuses équipes au niveau mondial s’intéressent à ces matériaux en vue d’applications dans des domaines variés tels que la catalyse hétérogène, les tamis moléculaires, l’optique, le traitement de surface. Le grand intérêt de ces matériaux est que, contrairement aux milieux poreux classiques où le volume poreux est un milieu désordonné (comme dans une éponge), leur porosité est parfaitement ordonnée périodiquement dans le volume, avec une taille de quelques nanomètres, contrôlable et ajustable grâce au type de tensioactif utilisé. De plus, ils ont une capacité de stockage importante avec une surface spécifique élevée (1000 m2/g).

 

La microscopie électronique (Figure a) ainsi que la diffusion des rayons X sont les deux techniques principales pour déterminer la structure de ces matériaux. Dès leur découverte, leur mécanisme de formation a suscité beaucoup d’interrogations. Aussi, pour comprendre leur formation par auto-assemblage entre des molécules de tensioactifs et des espèces inorganiques en croissance, les expériences de diffusion des rayons X aux petits angles résolues en temps, couplée à l’utilisation du rayonnement synchrotron, tel que SOLEIL, sont vite apparues comme une technique de choix, car ayant la résolution temporelle adaptée [1].

 

 

Figure :

(a) Image TEM d’un matériau hybride de structure 2D-hexagonale (SBA-15)

(b) Mécanisme de formation de ce matériau [2].

 

Grâce à de telles expériences de diffusion des rayons X in-situ, nous avons pu récemment déterminer le mécanisme de formation en solution (Figure b) d’un des matériaux mésoporeux les plus fréquemment utilisés, le matériau SBA 15, où les pores forment un réseau de symétrie 2D-hexagonale [2]. Nous avons pu suivre en temps réel les modifications de la taille et de la forme des micelles du tensioactif (copolymère tri-bloc, Pluronic P123), induite par l’ajout du précurseur de la silice dans la solution jusqu’à la précipitation du matériau hybride tensioactif/silice. Le principal résultat que nous avons obtenu est que l’auto-assemblage passe par une étape intermédiaire où des micelles hybrides allongées se forment. De plus, nous avons élaboré un modèle structural pour les différentes étapes de formation du matériau, qui permet entre autre de localiser quantitativement les espèces inorganiques au cours du temps, à la surface des micelles puis dans le matériau 2D-hexagonal. Ces résultats permettront par la suite de comprendre comment contrôler la morphologie du matériau hybride lors de sa nucléation/croissance en solution.

 

Références :

 

[1] Babonneau F., Baccile N., Grosso D., Impéror M.
Phases hybrides organiques-inorganiques auto-assemblées - Actualités Chimiques (2011) 356-357, numéro thématique : le rayonnement synchrotron, une lumière pour comprendre la chimie

[2] S. Manet et all,
J. Phys. Chem. B (2011) 115 (39) 11318–11329 DOI : 10.1021/jp200212g

J. Phys. Chem. B (2011) 115 (39) 11330–11344 DOI : 10.1021/jp200213k

 

Contact :

 

Marianne Impéror (marianne.imperor@u-psud.fr)