Monolithes poreux fonctionnels à base de nanostructures 1D pour applications environnementales

Le stage se déroulera au sein du Département Matériaux Poreux et Hydrides de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier sous la supervision de Dr. Tangi Aubert et Dr. Gaulthier Rydzek. Ce projet s’intègre au Projet Thématique Long « CHIMENE - Chimie durable pour l’énergie » du Pôle de Recherche Chimie de l’Université de Montpellier. A ce titre, l’étudiant∙e bénéficiera d’un suivi particulier pour la poursuite de sa formation en recherche.

Contexte scientifique : Les matériaux de silice mésoporeuse sont largement reconnus comme des matériaux clés pour de nombreuses applications, notamment grâce à leur grande surface spécifique, idéale pour des procédés hétérogènes tels que l’adsorption et la catalyse. Cependant, leur mise en forme à l’échelle macroscopique reste difficile, limitant leur intégration dans des procédés industriels. Le développement de réacteurs monolithiques constitue donc une piste prometteuse pour l’intensification des procédés.

Notre laboratoire a récemment développé de nouvelles nanostructures hybrides de silice mésoporeuse en utilisant des micelles de complexes polyioniques (PIC) comme agent structurant et fonctionnalisant. Ces micelles résultent de l’auto-assemblage entre des copolymères à bloc triple-hydrophiles contenant des fonctions complexantes et des partenaires de micellisation chargés, comme l’oligochitosan ou certains sels métalliques. L'utilisation de ces nouveaux copolymères triblocs a permis de contrôler la forme des nanostructures de silices, conduisant à des structures 1D worm-like. Au-delà de leur intérêt fondamental, ces nanomatériaux anisotropes peuvent être utilisés comme building-block pour l’assemblage bottom-up de structures plus larges et pour la fabrication de monolithes hybrides à porosité hiérarchisée. Grâce à leur fonctionnalisation intrinsèque par le copolymère, ces monolithes peuvent adsorber des espèces métalliques, ce qui leur confère un fort potentiel en dépollution et en catalyse.

Référence : Vashishtha et al. ACS Nano 2024, 18, 29008-29020 (doi: 10.1021/acsnano.4c09887).

Objectifs du stage : Les objectifs pour l’étudiant∙e seront de (1) synthétiser des gels par co-assemblage de nanostructures 1D de silice mésoporeuse avec des micelles de copolymères à bloc, (2) élaborer un protocole de séchage par CO₂ supercritique afin d’optimiser les propriétés structurelles des monolithes obtenus, et (3) explorer l’utilisation d’ions métalliques comme agent complexant pour la fabrication directe de monolithes fonctionnels. L’étudiant∙e apprendra les techniques de synthèse de polymérisation RAFT et d’auto-assemblage par sol-gel. Les polymères et matériaux élaborés seront évalués et caractérisés par une combinaison de techniques (RMN, ICP, SEC, ATG, BET) ainsi que par microscopie électronique (MET, MEB). L’adsorption d’ions métalliques sera suivie par spectroscopie UV-Vis.

Etudiant∙e de M2 ou 3^ème année d’école d’ingénieur avec une formation en chimie, physico-chimie, science des matériaux et un intérêt pour la recherche sur les matériaux (ex : matériaux hybrides, hiérarchiques, copolymères à bloc, nanomatériaux, matériaux pour l’environnement).