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Accueil > Équipes > NINO > Opérations de Recherche > Elaboration de nanomatériaux catalytiques et photosensibles (OR1)

Processus de nucléation-croissance des oxydes métalliques

par Mamadou Traore - publié le

Nous avons étudié le processus de nucléation-croissance de nanoparticules d’oxydes métalliques par voie sol-gel. Cet étude a été mémé à l’aide du réacteur sol-gel au micromélange ultrarapide développé par l’équipe. Le réacteur fonctionne dans le régime de faibles nombres de Damköhler (Da<1), permettant de produire de nanoparticules en masse ( 1 g par injection de 10 s) ainsi que visualiser des étapes clefs de leur apparition. Nous avons fortement élargi une gamme des matériaux étudiés, en considérant l’oxyde de titanium, l’oxyde de zirconium, oxydes composite Ti-Zr et TiO2-Ag,Au et (en collaboration avec l’équipe PEMA) l’oxyde de zinc. Nous avons optimisé les matériaux à base de nanoparticules pour la dépollution dépollution des effluents gazeux avec une activation par plasma (en collaboration avec l’équipe MP4) et pour la synthèse de biodiesel par estérification et transestérification des acides gras (en collaboration avec l’équipe HPHT).

1) Le processus de nucléation-croissance sol-gel de nanoparticules de titanium-oxo-alkoxy (TOA) a été étudié dans n-propanol et isopropanol. Une apparition des clusters de même rayon hydrodynamique (R) de 1.6 nm a été démontré dans les deux solvants. Par contre, lors de la croissance ces clusters forment des nanoparticules de tailles (2R) différentes : 3.8 nm dans n-propanol et 5.2 nm dans isopropanol, avec des cinétiques très différentes. Une diminution de la stabilité des espèces avec une augmentation de leur taille a été proposée.
L’étude de nucléation-croissance sol-gel de nanoparticules de zirconium-oxo-alkoxy (ZOA) a montré une apparition des nuclei d’une taille de 3.6 nm. Une forte similarité des mécanismes réactionnels des ZOA et TOA a été démontrée.

Figure 2 : Histogrammes d’hauteur h (AFM, a) et de rayon R (MEB, b) et images TEM (c) et SEM (d) des nanoparticules d’argent croissant à la surface de nanodépôts de TiO2.

Ces résultats s’expliquent dans le cadre d’un modèle théorique proposé. Ils supportent un nouveau paradigme des transformations sol - gel, qui considère une profonde restructuration des espèces oxo-métalliques en cours des réactions de hydrolyse - condensation.

2) Des nouveaux dépôts catalytiques acides (ZrO2-SO42-) développés à base de nanoparticules ZOA ont montré une activité catalytique 10² fois plus élevée que celle des poudres dans la réaction d’estérification de l’acide palmitique dans le méthanol à 65°C ainsi q’une bonne stabilité vis à vis de recyclage. L’activité catalytique des nanodépôts est aussi valable avec d’autres charges dont la composition est similaire à celle des huiles non-comestibles puis celle des déchets gras.

3) Nous avon étudié la croissance de nanoparticules de Ag et Au sur des nanodépôts de TiO2 dans des solution aqueuses irradiées à l’UV-A. Les dépôts métalliques subissent une croissance saturée sur des monocouches de nanoparticules TOA, permettant une morphologie très homogène et stable. Un recouvrement réguler de la surface avec les nanoparticules d’argent h/R=1/2 est observé (Figure 2a-b). Ces matériaux montent une forte activité plasma-catalytique de destruction des polluants COV.