Synthèse de nouveaux solides microporeux à base de silice en présence de structurants organiques originaux

Synthesis of new silica-based microporous solids in the presence of original structure-directing agents

• Auteur / Autrice : Mathias Dodin
• Direction : Jean-Louis Paillaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2010
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse hydrothermale

Matériaux poreux

Zéolites

Mots clés libres

Zéolithe

Germanosilicate

Synthèse hydrothermale

Détermination structurale sur poudre

Méthode Rietveld

Unité d4r

Imidazolium

19F, 29Si MAS NMR

Zeolite

Germanosilicate

Hydrothermal synthesis

Structure determination from powder

Rietveld method

D4r unit

Imidazolium

19F, 29Si MAS NMR

Résumé

La synthèse de matériaux zéolithiques est régie par de nombreux paramètres, en particulier la nature de l'hétéroélément associé au silicium et celle de l'agent organique structurant. Ainsi, l'introduction de germanium dans les milieux réactionnels ainsi que l'utilisation de structurants dérivés d'imidazole, les cations 1-éthyl-3-méthylimidazolium et 1-butyl-3-méthylimidazolium, ont permis la découverte de deux nouveaux solides microporeux nommés respectivement IM-16 et IM-20 et présentant des topologies de charpente inédites (respectivement UOS et UWY). De plus, un troisième germanosilicate poreux nommé IM-17 a été obtenu en présence du cation décaméthonium. Chacun de ces trois matériaux possède un système tridimensionnel de canaux avec des ouvertures de 8 et 10 atomes T (IM-16) ou de 10 et 12 atomes T (IM-17 et IM-20), ainsi que des unités de construction composites d4r au sein de leur charpente. Enfin, une partie importante du travail a été consacrée à l'élaboration de molécules structurantes originales (dérivés du décahydro-dicyclopenta[b,d]pyrrole) puis de leur emploi en synthèse hydrothermale. Ces essais ont permis d'obtenir divers matériaux déjà connus, parmi lesquels les zéolithes IM-12 (UTL), ITQ-7 (ISV), ITQ-17 (BEC) et ITQ-21.

The synthesis of zeolitic materials is ruled by numerous parameters, particularly the nature of the heteroelement associated with silicon and of the organic structure-directing agent (SDA). The introduction of germanium into the synthesis gels and the use of imidazole-derived SDAs, the cations 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1-butyl-3-methylimidazolium, allowed us to discover two new microporous solids named IM-16 and IM-20 and exhibiting novel framework structures (respectively UOS and UWY). Furthermore, a third porous germanosilicate named IM-17 was obtained in the presence of the decamethonium cation. Each of these materials possesses a three-dimensional channel system with 8- and 10-ring pores (IM-16) or 10- and 12-ring pores (IM-17 and IM-20), as well as double-4-ring (d4r) composite building units in their framework. Finally, an important part of this work was dedicated to the elaboration of original SDAs (decahydro-dicyclopenta[b,d]pyrrole derivatives) and their use in hydrothermal synthesis. This led to the synthesis of several known zeolites such as IM-12 (UTL), ITQ-7 (ISV), ITQ-17 (BEC) and ITQ-21.