Functional Nanoparticles for Vitrimer Composites and Catalysis Applications
Nanocharges fonctionnelles pour Vitrimères et Catalyse
Résumé
The control of the interactions between particles and their environment is essential when dealing with colloids in order to reach desired properties. In this study, reversible covalent bonds were used as interfacial interactions in two systems: vitrimer composite materials and nanocatalysis in solution. The aim of this work was to develop materials which present original properties thanks to interfacial dynamic bonds. In composites, the introduction of dynamic covalent bonds between a vitrimer matrix and the fillers enables to improve mechanical properties while preserving vitrimer properties. Two vitrimer matrices based on two different exchange reactions, transesterification or transimination, have been studied. Imine bonds are reversible bonds that can dissociate in presence of water. We demonstrate that polyimine vitrimers can be reshaped and recycled under mild conditions. The reversibility of the imine bond can also be used to control the stability of a colloidal dispersion. Indeed, grafting of polymers on particles surface through reversible covalent bonds give them steric stabilization in good solvent of the chains. Dissocation of these bonds triggers detachment of the polymer chains and induces particle aggregation. This concept was applied to a catalytic system composed of palladium nanoparticles adsorbed onto silica particles. Polymer chains not only improve the dispersion of the whole catalytic system but also limit the leaching and aggregation of the palladium nanoparticles. As a consequence, the catalytic efficiency of the particles can be preserved over several cycles.
En Science des colloïdes, il est fondamental de contrôler les interactions entre les particules et leur environnement pour obtenir les propriétés souhaitées. Dans ce travail de thèse, pour former des systèmes innovants, nous avons utilisé la chimie covalente réversible à l'interface particule/polymère dans deux domaines différents : les composites vitrimères et la nanocatalyse. Dans les composites, les liens réversibles permettent d'améliorer les propriétés mécaniques tout en limitant l'impact des charges sur les propriétés vitrimères des matériaux. Deux matrices vitrimères reposant sur des réactions d'échange de nature différente, la transestérification et la transimination, ont été étudiées. L'avantage du lien imine est d'être également dissociable dans certaines conditions douces, ce qui facilite le recyclage des matériaux. La réversibilité du lien imine peut aussi être exploitée pour contrôler la dispersion/agrégation de particules en solvant. Lorsqu'elles sont liées, les chaines polymères se déploient en bon solvant et confèrent aux particules une stabilisation stérique, stabilisation qui disparait lorsqu'elles sont détachées : les particules s'agrègent et peuvent être récupérées facilement. Ce concept a été développé sur un système catalytique composé de nanoparticules de palladium supportées sur des particules de silice. Les chaines greffées améliorent non seulement la dispersion des nanocatalyseurs et les taux de conversion du système catalytique, mais aussi stabilisent les nanoparticules de palladium à la surface de la silice, limitant leur lessivage et leur agrégation. L'efficacité catalytique du système est ainsi conservée sur plusieurs cycles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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