Projet ANR-11-BS08-0015 – NanoChalco : Organisation de Nanochalcogénures à l’aide de Liquides Ioniques
Programme : Blanc - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc SIMI 8)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Benoit COASNE (UNIVERSITE DE MONTPELLIER II [SCIENCES   TECHNIQUES DU LANGUEDOC])
Partenaires : Laboratoire de Physique de la Matière Condensée; Laboratoire de Chimie Moléculaire et Thioorganique; Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier
Montant : 499666.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Structuration de nanochalcogénures par liquide ioniqueObtention de nanochalcogénures à large surface ~10 à 100 m2/g pour des applications dans les domaines de la catalyse, la séparation de phase, et l’électrochimie.
Les nanochalcogénures pour la catalyse, séparation de phase et l’électrochimieLes verres chalcogénures sont une classe de matériaux cruciaux pour des applications comme fibres optiques ou guides d’onde pour l’optique ou pour le stockage de mémoire. La préparation, la caractérisation et l’utilisation de matériaux massifs chalcogénures ont été étudiées en détail.
Approche couplée expérience/thèorie pour la synthèse de chalcogénures à grande surfaceLe succès de ce projet repose sur le rassemblement de chercheurs spécialistes des différents domaines requis pour structurer des nanochalcogénures à l’aide de LIs.
Résumé de la soumission : Les verres chalcogénures constituent une classe importante de matériaux qui sont cruciaux pour des applications en tant que fibres optiques ou guides d’onde pour l’optique infrarouge ou pour le stockage de mémoire. Ainsi, la préparation, la caractérisation et l’utilisation de matériaux massifs chalcogénures ont été étudiées en détails. En revanche, la synthèse et caractérisation de nanochalcogénures tels que des verres de chalcogénure nanoporeux ont reçu beaucoup moins d’attention. L’obtention de manière contrôlée de ce type de nanomatériaux, qui possèdent une large surface de l’ordre de ~10 à 100 m2/g, est un défi intéressant car elle permettrait des percées dans de nombreux domaines et applications qui reposent sur les propriétés de surface de matériaux « hôte ». Parmi ces domaines, les nanochalcogénures, dont la surface est hautement polarisable, pourraient se révéler importants pour la catalyse, la séparation de phase, l’électrochimie, etc. Le but de ce projet est de développer une nouvelle voie de synthèse de nanochalcogénures poreux en contrôlant leur structuration par des liquides ioniques (LIs). Le succès de ce projet repose sur le rassemblement de chercheurs spécialistes des différents domaines requis pour structurer des nanochalcogénures à l’aide de LIs: (1) synthèse de LIs (incluant ceux à base de soufre, phosphore, bore, etc.), (2) chimie des matériaux chalcogénures et leur utilisation pour l’optique, la conduction ionique et le stockage de mémoire, (3) synthèse de ionogels et leur utilisation pour l’électrochimie, la catalyse et comme système de libération contrôlée de principes actifs et (4) caractérisation de systèmes interfaciaux et poreux incluant des LIs en contact avec des matériaux inorganiques. Bien que ce projet soit soumis dans le Programme Blanc, qui est dédié à des projets fondamentaux, nous souhaitons inclure une tâche consistant en des tests préliminaires d’utilisation des nanochalcogénures. Deux applications pratiques ont été sélectionnées: (1) utilisation des nanochalcogénures comme conducteurs ioniques et (2) utilisation des nanochalcogénures (après retrait du LI) pour la séparation de gaz (H2, CO2, etc.). Un point fort de ce projet est la combinaison d’approches expérimentales et théoriques. Cette stratégie, qui est un atout sérieux pour la caractérisation des propriétés des matériaux nanoporeux, permet d’étudier en profondeur le rôle joué par l’interaction entre la phase externe (le LI utilisé pour structurer les nanomatériaux dans ce projet) et la surface chalcogénure. Un aller-retour permanent entre modélisation moléculaire et expérience permettra d’étudier les mécanismes et phénomènes pilotant le comportement de systèmes hybrides composés du matériau chalcogénure et du LI; la modélisation moléculaire offre une base théorique pour l’interprétation des données expérimentales alors que l’expérience permet de vérifier les prédictions théoriques fournies par les simulations moléculaires. En particulier, alors que l’interprétation des données expérimentales en termes de structure et de propriétés de surface est souvent ambigüe, la modélisation moléculaire peut permettre de discriminer le rôle de chaque phénomène impliqué dans l’interaction spécifique entre le LI et le matériau chalcogénure (en jouant sur la chimie de la surface LI/chalcogénure, concentration en LI, taille de la région chalcogénure, température, etc.).
Résultats : (1) Les travaux menés  à  Caen au LCMT ont consisté à préparer des liquides ioniques de type dicationiques dissymétriques.
(2) Des différences de morphologie (microsphères, feuillets, agglomérats de nanoparticules) de GeS2 ont pu être mises en évidence en fonction de la nature du liquide ionique. 
(3) L'étude par RMN du solide a montré que l’on ne détecte plus la présence de l’anion du liquide ionique dans la phase solide. 
(4) Nous avons mis au point un modèle réaliste de surface chalcogénure.
Perspectives : Le développement d’une nouvelle voie de synthèse de nanochalcogénures tels que des verres chalcogénures poreux ou des nanoparticules chalcogénures devrait avoir un fort impact dans de nombreux domaines  tels que la catalyse, la séparation de phase, l’électrochimie, etc. L’exploitation principale de nos résultats sera sous la forme de publications dans des journaux internationaux et des conférences internationales.
Publications et brevets : 8 communications dans des conférences, 1 Publication, 1 Organisation de conférence.