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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Une nouvelle voie simple pour la génération de films mésoporeux hybrides orientés

 

Après avoir découvert il y a quelques années que l’électrochimie permettait de préparer des films de silice mésoporeuse organisée dont les pores sont orientés perpendiculairement au substrat, une équipe du Laboratoire de chimie physique et microbiologie pour l’environnement (CNRS / Université de Lorraine) (*) vient de montrer que l’on pouvait combiner cette approche avec la « chimie click », offrant ainsi une voie simple et universelle pour la génération de films mésoporeux hybrides et fonctionnels à porosité orientée. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Angew. Chem. Int. Ed.

 

L’organisation et l’orientation de nanomatériaux à la surface de supports solides constituent à l’heure actuelle des défis de première importance dans divers domaines tels que la catalyse, le stockage de données, l’optique, les capteurs chimiques et biologiques, la protection et l’auto-nettoyage des surfaces actives, notamment. L’approche bottom up basée sur l’utilisation de porogènes(**) est particulièrement prometteuse pour générer des nanocomposites à structure organisée et à propriétés dédiées. Dans ce contexte, la souplesse du procédé sol-gel permet de préparer, dans des conditions douces, une large gamme de matériaux de composition et structure bien définies, dont les mésostructures régulières organisées autour de porogènes de type tensioactifs constituent les systèmes parmi les plus prometteurs. Pour bon nombre d’applications, il est nécessaire de pouvoir préparer ces solides mésoporeux(***) sous forme de film présentant une porosité ordonnée et orientée, ce qui reste un défi à l’heure actuelle dans le domaine des hybrides organo-minéraux à base de silice.

C’est précisément ce que vient de réaliser l’équipe nancéienne en couplant la génération électrochimiquement assistée de films mésoporeux orientés et la « chimie click »(****). La méthodologie de synthèse implique l’usage d’un sol de départ contenant les précurseurs tétraéthoxysilane et azidopropyltriméthoxysilane et un tensioactif cationique, dans lequel on immerge une électrode et on applique un potentiel réducteur de manière à induire la réaction d’auto-assemblage par co-condensation des précurseurs et du tensioactif. Un bon niveau d’organisation et l’orientation verticale des canaux mésoporeux (diamètre 2 nm) peut être maintenu jusqu’à des taux de fonctionnalisation en groupements azoture de 30%. Les canaux mésoporeux ont ensuite été exploités pour fixer différents types de groupements porteurs d’une fonction alcyne, comme illustré ci-dessous dans le cas du ferrocène.

 

walcarius

© 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

 

La simplicité, la souplesse et le caractère universel de cette approche permettent d’envisager de nombreux développements basés sur une large gamme de groupements fonctionnels, qui pourraient donner naissance à des matériaux susceptibles de présenter des propriétés inégalées par ailleurs, avec des applications potentielles dans le domaine des capteurs ou des dispositifs optiques et opto-électroniques.

(*) Ces travaux sont le fruit d'une collaboration entre l’équipe « Chimie et electrochimie analytiques » du LCPME (Alain Walcarius, Neus Vilà) et d’autres unités mixtes CNRS – Université de Lorraine (Jaafar Ghanbaja de l’IJL et Emmanuel Aubert du CRM2).
(**) Le porogène donne un produit spongieux lorsqu'il est ajouté à un autre produit
(***) Ces matériaux possèdent une grande surface spécifique et une porosité (taille des pores) parfaitement contrôlée.
(****) La « chimie click » consiste à trouver une méthode simple et flexible, pour « clipper » deux molécules et fabriquer entre elles un lien robuste.

 

 

Référence

Neus Vilà, Jaafar Ghanbaja, Emmanuel Aubert, Alain Walcarius
Electrochemically Assisted Generation of Highly Ordered Azide-Functionalized Mesoporous Silica for Oriented Hybrid Films
 Angew. Chem. Int. Ed. 12 février 2014. doi: 10.1002/anie.201309447

 

Contacts chercheurs

Alain Walcarius, Laboratoire de chimie physique et microbiologie pour l’environnement
Courriel : alain.walcarius@univ-lorraine.fr
Tél. : 03 83 68 52 43

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

26 février 2014

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