Liquides ioniques : structure et dynamique.

Room temperature ionic liquides : structure and dynamics

• Auteur / Autrice : Bachir Aoun
• Direction : Marie-Louise Saboungi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 14/12/2010
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche sur la matière divisée - Centre de Recherche sur la Matière Divisée
• Jury : Président / Présidente : Michel Armand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Louise Saboungi, Michel Armand, Alessandro Triolo, Miguel Angel Gonzalez, Louis Hennet, Gerald Lelong, Russina Margarita
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandro Triolo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liquides ioniques

Mots clés libres

Liquides Ioniques à température ambiante(RTILS)

1-Alkyl-3-methylimidazolium

Room Temperature Ionic Liquids (RTILS)

1-Alkyl-3-methylimidazolium

Résumé

Les Liquides Ioniques [LI] à température ambiante forment une nouvelle classe de matériaux, prometteurs dans des applications diverses. Les avantages que les LI soulèvent par rapport aux autres liquides moléculaires ou sels fondus résident dans la facilité à changer leurs propriétés intrinsèques en jouant sur la nature chimique de la combinaison [cation-anion]. Cependant, on n’est pas encore près à prédire les propriétés d’un LI en connaissant uniquement sa composition chimique. Par conséquent, nous avons fait des expériences de diffraction de rayons-x et de neutrons, complétées par une série de simulations de dynamiques moléculaires sur une famille de LI à bases de cations d’alkyl-methylimidazolium et d’anion Bromure. Ainsi, en changeant la longueur de la chaine alkyl, nous avons comparé la structure et la dynamique de trois LI de chaines ethyl, butyl et hexyl. La comparaison des résultats structuraux obtenus par la simulation avec ceux des rayons-x donnèrent complète satisfaction. Des résultats intéressants ont été obtenus, spécialement ceux issus de la comparaison de la structure et la dynamique du LI 1-ethyl-3-methylimidazolium Bromide en phase cristalline et liquide. Par ailleurs, l’hétérogénéité en phase volumique a pu être quantifiée ce qui a permis de déterminer que la ségrégation augmente avec la longueur de la chaine alkyl cationique.

Room temperature ionic liquids constitute a class of materials with many promising applications in very diverse fields. Their potentiality stems from the fact that their properties are very different from those of typical molecular solvents and furthermore they can be tailored by modifying the combination of ions forming the liquid. However it is not yet possible to predict which species will produce a particular set of properties. Therefore we have done a systematic computer simulation study on a series of three room temperature ionic liquids based on the alkyl-methylimidazolium cation combined with the bromium anion. The length of the alkyl chain of the cation and the anions has been increased progressively, going from ethyl to butyl and hexyl, in order to explore the structural and dynamical changes brought about by such change. Simulation results are also compared satisfactorily to high-energy x-ray diffraction and quasi elastic neutron scattering data obtained by us. Our results show that the structure of liquid 1-ethyl-3methylimidazolium Bromide presents large similarities with the crystal one. This resemblance appears also when the local dynamics of the ethyl chain is investigated using neutron spectroscopy. Moreover we have quantified the heterogeneity found in the bulk state, finding that segregation is favored by the length of the cation’s alkyl chain.