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Work

Clathrates d'Hofmann SCO à propriétés commutables pour la conception de nouveaux matériaux de stockage et de séparation de gaz.

Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: Les réseaux organo-métalliques (MOF) ont été identifiés ces dernières années comme des alternatives avancées pour le stockage des gaz, les séparations moléculaires, la détection ou la catalyse, grâce à leurs remarquables propriétés hôte-invité et à leur polyvalence. Plus récemment, la combinaison du phénomène de transition de spin ferreux (Spin crossover : SCO) avec les MOF a permis d'obtenir des architectures poreuses commutables où le spin électronique des centres métalliques du fer(II) peut être contrôlé par différents stimuli. Ce travail se concentre sur l'un de ces SCO MOF, également appelés clathrates d’Hofmann, (FeNi[CN]4.Pyrazine) avec une propriété de commutation qui est étudiée ici pour ses propriétés de stockage et de séparation de gaz.Ce matériau est d'abord synthétisé à l'aide d'un mélange de réactifs respectueux de l'environnement, employant des sels de fer et de nickel avec de la pyrazine comme agent de liaison organique. La poudre microcristalline obtenue est ensuite caractérisée par différentes techniques expérimentales, notamment la porosimétrie à l'azote et à l'argon, l'analyse thermogravimétrique (ATG), la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage (SEM) et la spectroscopie IR, confirmant ainsi la réussite de la synthèse de ce matériau.L'un des objectifs de cette recherche était de concevoir et de construire un nouveau dispositif volumétrique, pour étudier l'adsorption à haute pression de gaz purs et de mélanges, permettant de visualiser simultanément l'échantillon au moyen d'une caméra fixée près de la fenêtre en saphir de la cellule de mesure. Tout d'abord, l'adsorption de gaz purs à haute pression (jusqu'à 7 MPa) (CO2, CH4 & N2) dans le (FeNi[CN]4.Pz) a été réalisée à différentes températures et les résultats ont montré une flexibilité structurelle intéressante de ce MOF lors de l'adsorption du CO2, quel que soit son état de spin initial. Ces transitions structurelles lors de l'adsorption de CO2 ont ensuite été observées à l'aide de techniques de spectroscopie vibrationnelle in-situ : FTIR et Raman. En outre, il a été démontré que la propriété SCO de ce matériau est bien associée aux changements de couleur de l'échantillon lui-même, ce qui montre que la technique combinée d'adsorption et d'analyse d'images est un outil utile pour étudier le changement SCO dû à l'adsorption pour ce type d’adsorbant.La mesure de l'adsorption de mélanges gazeux a pu être réalisée en utilisant le même dispositif manométrique couplé à un analyseur de gaz infrarouge. Les données expérimentales ont démontré que le (FeNi[CN]4.Pz) adsorbe préférentiellement le CO2 par rapport au CH4, ce qui en fait un candidat approprié pour la séparation CO2/CH4 dans certaines conditions. Il a été montré que cette adsorption préférentielle du CO2 est renforcée par la flexibilité du matériau.En plus de ces résultats expérimentaux, une modélisation de l'adsorption à l'équilibre, de la cinétique d'adsorption et de la sélectivité a été réalisée et comparée aux propriétés mesurées.En résumé, cette thèse présente une étude du (FeNi[CN]4.Pz), mettant en évidence sa synthèse, sa caractérisation, sa flexibilité et ses performances exceptionnelles dans les séparations CO2/CH4 et CO2/N2, grâce à des approches à la fois expérimentales et théoriques.
Language: English
Field: Chemistry
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7036554384
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