Microgreen

Project ANR- 12-IS08-01
 
Program Blanc International II – SIMI 8
 
Title: Microporous materials: green synthesis for green applications
 
Acronym: MicroGreen
 
Coordinator France: Dr. Valentin VALTCHEV (LCS, ENSICAEN – Université de Caen – CNRS)
 
Coordinator China: Prof. Teng BEN (Jilin University)
 

Notre projet se focalise sur la synthèse de matériaux zéolithiques microporeux, en particulier la compréhension fine de leur mécanisme de formation. Les zéolithes et les matériaux zéolithiques en général sont actuellement largement étudiés et appliqués dans des domaines tels que l’échange ionique, les procédés catalytiques, l’adsorption, les capteurs, la santé, les nanotechnologies… Les zéolithes sont intrinsèquement respectueuses de l’environnement et leur utilisation dans des applications nouvelles serait bénéfique. La compréhension des facteurs influençant leur mécanisme de synthèse (nucléation et croissance cristalline) est vitale pour aider à la conception rationnelle de structures possédant des propriétés spécifiques telles leur structure, composition chimique, la taille et forme de leurs cristaux, stabilité, réactivité. Les MOFs (Metal Organic Frameworks) et les PAFs (Porous Aromatic Frameworks) ont également retenu l’attention croissante des scientifiques académiques et industriels de par leur grande capacité d’adsorption de gaz à effet de serre.

Le dénominateur commun des recherches proposées dans ce projet est que la synthèse de zéolithes (équipe Française) et PAFs (équipe Chinoise) se déroulera à température ambiante. Cette approche permet de ralentir suffisamment les vitesses de cristallisation afin d’étudier les intermédiaires réactionnels en conditions quasi in-situ. Des informations détaillées sur les phases présentes, les inhomogénéités présentes à différents stades de leur formation et des transformations de gels réactionnels seront ainsi obtenues. Cette approche permettra également un contrôle fin des cinétiques de cristallisation et donc d’isoler des phases qui ne le sont pas par des techniques plus conventionnelles. Ces basses températures permettent également de synthétiser directement des zéolithes sur des supports sensibles à la température. Les zéolithes, PAFs et leurs composites seront ensuite utilisés pour éliminer des gaz à effet de serre et purifier des eaux polluées.

En pratique, le projet comprend les phases suivantes :

  1.  Développent et optimisation de protocoles de synthèse et leur application à la préparation de zéolithes et PAFs ; ce travail inclura l’évolution en fonction du temps des conditions de synthèse et l’influence des compositions initiales. Ceci éclairera la dynamique, cinétique, distribution spatiale… de la transformation des gels (suspensions) en solides cristallins
  2.  Caractérisation structurale et analyse de la composition des solides récoltés et des phases intermédiaires
  3. Analyse itérative des résultats et modification des conditions expérimentales afin d’obtenir les solides recherchés
  4. Synthèse de matériaux zéolithiques en conditions « vertes » qui incluent une utilisation minimale de l’énergie et un recyclage complet des réactifs
  5. Utilisation de ces matériaux pour réduire les gaz à effet de serre (PAFs) et mitiger la pollution aquatique (zéolithes), deux problèmes aigus de nos sociétés modernes

Ce projet est basé sur deux groupes possédant chacun une masse critique et une excellence reconnue au niveau mondial dans leurs compétences de cœur, par ailleurs très complémentaires. Ainsi l’équipe française se focalisera sur la synthèse rationnelle de zéolithes classiques alors que l’équipe chinoise s’intéressera à des matériaux récemment découverts (PAFs). Ces études parallèles suivront donc par une méthodologie similaire deux classes importantes de matériaux microporeux qui permettront une comparaison objective de la préparation et des applications de ces matériaux dans le cadre général d’un développement durable.

Le nombre de participants ainsi que leur implication sont résumés dans les tableaux suivants :


 

LCS – France

Partner

                          

Country

 

Name First name Current Position Field of research* Person months** Role and Contribution to the project (4 lines max.)
LCS

Principle investigator

France Valtchev Valentin Research director 17 Mechanism of formation of porous materials
LCS France Svetlana Mintova Research director 14 Nanosized zeolite synthesis, membfrane poreparation
LCS France Gilson Jean-Pierre Professor 14 Heterogeneous catalysis, petrochemistry
LCS France Ruaux Valeries Engineer 11 XRD analysis
LCS France Goupil Jean-Michel Assistant Professor 10 Thermogravimetrical and textural analysis of porous solids
LCS France Foucault Benjamin Technicien 9 Materials preparation, Membranes testing
LCS France PhD 36 Synthesis and characterization of zeolites

JU – Changchun

Partner

                          

Country

 

Name First name Current Position Field of research* Person months** Role and Contribution to the project

4 lines max.

JU

Principle investigator

China Qiu Shilun Professor 17 Synthesis and characterization of microporous materials
JU China Ben Teng Professor 16 Synthesis and characterization of novel porous aromatic frameworks
JU China Zhang Daliang Associate Professor 14 Structure analysis
JU China Ming Xue Lecturer 14 Preparation and property mesurement of PAF membrane
JU China PhD student 36 Synthesis and characterization of PAFs

Scientific meetings

The work on the project started in April, 2013. The coordination has been managed namely by E-mail and telephone discussions.

The first meeting was organized after 6 months work in Jilin University (Zhuhai campus), October 27-28, 2013. Thus after having already the experience of 6 months active work on the project the partners have had more in depth discussion and made a detail plan of the future work. A photograph from the first meeting is provided below.

microgreen

Kick off meeting of French – China international project entitled “Microporous materials: green synthesis for green applications” (Abbreviation: MicroGreen)

France: Project ANR-12-IS08-01 / Program Blanc International II – SIMI 8

China: National Natural Science Foundation of China (Grant No. 21261130584)

 

Publications

French partner

 

  • Inagaki, K. Thomas, V. Ruaux, G. Clet, T. Wakihara, S. Shinoda, S. Okamura, Y. Kubota, V. Valtchev

“Crystal Growth Kinetics as a Tool for Controlling the Catalytic Performance of a FAU-Type Basic Catalyst”

ACS Catalysis 2014, 4, 2333−2341

 

  • Chen, T. Todorova, A. Vimont, V. Ruaux, Z. Qin, J.-P. Gilson, V. Valtchev

“In situ and post-synthesis control of physicochemical properties of FER-type crystals”

Microporous Mesoporous Materials 2014, in press (DOI:          10.1016/j.micromeso.2014.07.057)

 

 

China partner

 

  • Lu, T. Ben, S. Xu, and S. Qiu

“Electrochemical Synthesis of a Microporous Conductive Polymer

Based on a Metal–Organic Framework Thin Film”

Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 6454 –6458

 

  • Wu, J. Bai, Y. Jiang, G. Li, J. Huang, Y. Li, C. E. Anson, Annie K. Powell, and Shilun Qiu

“Rolling Up the Sheet: Constructing Metal−Organic Lamellae and

Nanotubes from a [{Mn3(propanediolato)2}(dicyanamide)2]n

Honeycomb Skeleton”

  1. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18276−18279