Des mésophases hexagonales gonflées dopées en sels métalliques sont utilisées pour la synthèse de nanostructures bimétalliques de porosité et composition contrôlées. La taille des pores peut être modulée de 10 à 55 nm. Un tel contrôle de la porosité des nanomatériaux sur une si grande échelle est une première. Ces matériaux pourraient ainsi avoir des applications dans différents domaines comme la catalyse, l’électrocatalyse ou le stockage d’hydrogène. Ces résultats sont publiés dans le journal Advanced Functional Materials.

Les matériaux mésoporeux, c’est-à-dire avec une porosité comprise entre 1 et 100 nm, représentent une voie d’avenir dans nombre d’applications, notamment dans des procédés en filtration et absorption, détection, catalyse, électrocatalyse et photocatalyse car ils présentent une surface spécifique importante doublée d’une taille de pore permettant un transport de matière conséquent.

Les mésophases (réseaux constitués d’auto-assemblage de surfactants organisés en 3D) sont en général utilisées comme « moules » pour générer des silices mésoporeuses ou autres matériaux mésoporeux. L’ensemble des matériaux mésoporeux synthétisés jusqu’à présent sont réalisés dans des mésophases binaires (eau-tensioactif) ou ternaires (eau-tensioactif-cotensioactif). Les mésoporeux réalisés en mésophases hexagonales présentent tous une porosité à une dimension et la taille des pores n’est pas facilement ajustable.

Les chercheurs du Laboratoire de Chimie Physique (CNRS / Université Paris-Sud), en collaboration avec le Laboratoire Charles Coulomb (Université Montpellier 2) et l’Institut Européen des Membranes (CNRS / Université Montpellier 2 / ENSCM) avaient montré que des mésophases hexagonales quaternaires (eau-huile-tensioactif-cotensioactif) pouvaient être utilisées comme nanoréacteurs pour synthétiser des nanomatériaux métalliques, polymères ou oxydes. Ces mésophases hexagonales géantes sont constituées par des cylindres gonflés de cyclohexane dont les parois sont stabilisées par un tensioactif et co-tensioactif (pentanol). Une phase aqueuse saline constitue le milieu continu séparant les cylindres obtenus avec le surfactant. Ce type de mésophase autorise un gonflement important des cylindres de surfactants. Les chercheurs du ont montré que les cylindres d’huile pouvaient être gonflés de 10 à 55 nm. Des nanostructures métalliques, et en particulier bimétalliques 3D de Palladium-Platine (Pd-Pt), ont ainsi été synthétisées dans ces mésophases par réduction radiolytique des sels métalliques dissouts dans la phase aqueuse confinée. L’avantage de la radiolyse est que cette méthode garantit une réduction homogène au sein de l’ensemble de la cellule réactionnelle et ne déstructure pas la mésophase. Des nanoballes de porosité contrôlée ont été synthétisées. Ces nanostructures de porosité 3D sont formées de nanofils interconnectés formant des cellules hexagonales dont la taille correspond au diamètre des cylindres d’huile constituant la mésophase. L’effet d’empreinte de la mésophase sur les matériaux a été mis en évidence. Un contrôle de la porosité de nanomatériaux sur une si grande échelle est un première.

La surface spécifique d’un tel matériau poreux est plus élevée que celle d’un matériau dont la porosité est bidimensionnelle. Les propriétés pourraient être améliorées par l’augmentation de la dimensionnalité. La nature tridimentionnelle du réseau continu de porosité peut constituer un avantage majeur car elle permet une accessibilité à partir de toutes les surfaces externes, bien meilleure que dans le cas des porosités 2D.

Ces synthèses de nanoballes poreuses ont été étendues à des nanostructures bimétalliques Pt-Pd de composition et porosité contrôlées. Le platine et le palladium sont des métaux de transition très actifs pour une très grande diversité de réactions catalytiques et électrocatalytiques, et les catalyseurs à base de nanoparticules bimétalliques ont montré leur supériorité dans différents procédés catalytiques et électrocatalytiques comparés à leurs homologues monométalliques. La caractérisation fine de ces nanomatériaux a été effectuée avec des chercheurs de l’Institut Lavoisier de Versailles (CNRS / Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines), de l’Institut Pascal (CNRS / Université Blaise Pascal), du Laboratoire de Réactivité de Surface (Université Paris 6 / CNRS) et du Department of Physics & Astronomy, of University of Texas-San Antonio.

Ces matériaux pourraient avoir des applications dans différents domaines comme la catalyse, l’électrocatalyse ou le stockage d’hydrogène.

Référence

Anaïs Lehoux , Laurence Ramos , Patricia Beaunier , Daniel Bahena Uribe , Philippe Dieudonné , Fabrice Audonnet , Arnaud Etcheberry , Miguel José-Yacaman ,and Hynd Remita
Tuning the Porosity of Bimetallic Nanostructures by a Soft Templating Approach
Advanced Functional Materials 20 juillet 2012

DOI : http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201200666

Contacts chercheurs

Hynd Remita, Laboratoire de chimie physique - Orsay
Courriel : hynd.remita@u-psud.fr
Tél. : 01 69 15 72 58

Laurence Ramos, Laboratoire Charles Coulomb- Montpellier
Tél. : 04 67 14 42 84

Communication LCP : Eve Ranvier
Courriel : eve.ranvier@u-psud.fr
Tél. : 01 69 15 66 93

Source INC : http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/remita.htm