Matériaux poreux

Matériaux poreux : de la préparation aux applications avancées

La recherche dans le domaine des solides poreux est entrée dans sa phase de maturité. Les exigences actuelles académiques et industrielles ne sont plus limitées à l’étude des propriétés intrinsèques d’un solide poreux particulier, mais plutôt à celles de matériaux conçus pour des caractéristiques spécifiques.

Par conséquent, les efforts des chercheurs visent à optimiser des propriétés particulières qui correspondent à l’application envisagée. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire de conjuguer les efforts dans différents domaines : préparation des matériaux (ou chimie de synthèse), caractérisation (cristallographie, spectroscopies, modélisation) et tests d’application.

Les efforts dans ce thème sont focalisés sur la préparation, la caractérisation et l’utilisation de zéolithes ou de solides poreux dérivés ayant des propriétés supérieures dans les domaines traditionnels d’applications, comme la catalyse hétérogène et les procédés de séparation. La recherche de nouvelles applications est aussi envisagée. Le projet comporte deux volets interdépendants qui sont la conception du matériau et le développement de ses applications. L’interface entre ces deux parties repose sur la caractérisation avancée des matériaux, indispensable pour: i) comprendre et améliorer les propriétés physico-chimiques; ii) conduire à une conception rationnelle du matériau ultime. Ainsi, la recherche  en matière de méthodologie et développement des techniques de caractérisation des matériaux poreux, et plus particulièrement des zéolithes, est l’une des principales activités du groupe en plus de la préparation des matériaux et de leur modification. Deux sous-groupes avec un nombre variable de chercheurs sont envisagés :

Design et applications

La recherche dans ce sous-thème est essentiellement consacrée au développement de :

(i)                 zéolithes nano-à-micronique et autres solides nanoporeux ;

(ii)               mono-à-multicouches de films poreux ;

(iii)              solides poreux tridimensionnels auto-supportés ;

(iv)              matériaux poreux fonctionnalisés et

(v)   structures poreuses hiérarchisées, avec des applications dans : la catalyse hétérogène; la séparation de molécules; la détection en phase gazeuse et liquide; les appareils optiques; les membranes pour gaz et liquides; la détection d’espèces de surface à courte durée de vie ; le traitement des liquides visqueux et des colloïdes.

De nouvelles applications et procédés pouvant prendre avantage de la combinaison spécifique des matériaux poreux et des techniques avancées de conversion d’énergie (μ-ondes, plasma, photochimie…) sont largement étudiés.

Les études sur le mécanisme de nucléation et croissance cristalline sont la base des méthodes de préparation de matériaux de pointe. Cette activité est naturellement liée aux avancées de caractérisation des solides poreux et de leurs intermédiaires.

Caractérisation avancée

Ce deuxième sous-thème vise à la caractérisation complète des zéolithes et des matériaux dérivés, basée sur des outils conventionnels et des outils plus spécifiques et innovants développés en interne afin de relier les propriétés physico-chimiques et les performances des matériaux. Plus précisément, la caractérisation couvre l’ensemble de la chaîne des propriétés interdépendantes, allant de la structure et la composition chimique jusqu’à l’activité d’un site unique, en passant par la caractérisation des effets de taille et de morphologie des particules. Une partie importante des projets de ce sous-groupe comprend le développement de méthodes de caractérisation avancées, notamment focalisées sur l’utilisation de nouvelles techniques spectroscopiques in situ et operando (PJAS, CF-RMN, et operando IR, RAMAN, et UV-Vis, AGIR). Un accent particulier est également mis sur le développement de nouvelles stratégies pour l’analyse et l’interprétation de nombreuses données spectroscopiques éventuellement fournies par ces techniques (2DCOS, 2DFFT, entropie maximale, inversion spectrale, ACP, chimiométrie en général …).