Interaction entre la texture, la structure et la réactivité dans des matériaux poreux de type MOFs

Interplay between structure, texture, and reactivity in MOFs in the case of amorphous, defective, and composite materials

• Auteur / Autrice : Rifan Hardian
• Direction : Philip Llewellyn, Marie-Vanessa Coulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux, Physique, Chimie et Nanosciences
• Date : Soutenance le 08/11/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux divisés, interfaces, réactivité, électrochimie (MADIREL) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Florence Babonneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tina Düren, Roland Augustinus Fischer
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thomas, Douglas Bennett, Thomas Devic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux amorphes

Metal-organic frameworks

Mots clés libres

MOFs

Défauts

Amorphe

Nanoparticule métallique

Adsorption

Structure

Texture

Réactivité

MOFs

Defects

Amorphous

Metal nanoparticles

Adsorptions

Structure

Texture

Reacivicty

Résumé

Metal-Organic Frameworks (MOFs) sont constitués de clusters métalliques connectés dans les ligands organiques. L'objectif principal de ma thèse était de caractériser la texture, la structure et la réactivité des MOFs dans le cas de systèmes présentant des défauts, amorphes et composites.La première étude est centrée sur les propriétés de la famille Fe-BTC et ce travail a été réalisé en collaboration avec l'Université d'Utrecht et l'Université d'Oxford. Une étude comparative entre le MIL-100(Fe) et son homologue commercial Basolite F300 (BASF) qui est amorphe ont été évaluées par l’adsorption de méthanol et d'autres techniques de caractérisation. De plus, les deux matériaux ont été testés pour être utilisés comme support pour l'imprégnation des métaux.Dans la deuxième étude, le broyage à la bille est utilisé comme stratégie de modification post-synthèse de MOFs. Le matériau ZIF-8 a été sélectionné de cas car il s'agit d'un MOF disponible dans le commerce (Basolite Z1200) et qui est en train de devenir de référence dans ce domaine. Ce chapitre examiner des propriétés flexibles, de la texture, de la structure, et la réactivité.Les MOFs UiO-66 et MOF-808 sont également analysées. Ces études ont été réalisées en collaboration avec l'Université Technique de Munich. UiO-66 contenant différents défauts d'ingénierie sont examinées. Nous avons démontré que les mesures d’adsorption de vapeur peuvent être un outil précieux pour accéder à la chimie des défauts. Le deuxième système est la série MOF-808 qu’une étude complète est présentée allant des diverses stratégies de synthèse de MOFs défectueux et composites jusqu'à leur propriété d'adsorption et de réactivité

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous materials that constructed from metal clusters connected with organic linkers. The main objective of my PhD was to characterize the texture, structure, and reactivity of MOFs materials with a particular focus on defective, amorphous and composite materials. The first study is centered on the properties of the Fe-BTC family and this work was realized in collaboration with Utrecht University and the University of Oxford. A comparative study between crystalline MIL-100(Fe) and its commercial counterpart amorphous Basolite F300 (BASF) were studied by using methanol adsorption to predict the reactivity. Other characterization methods are introduced to investigate both materials which were further tested to be used as supports for metal-impregnation. In the next study, ball-milling was employed as a post-synthesis strategy for MOF modification. This ZIF-8 material was selected since it is commercially available (Basolite Z1200) and is becoming one of the reference materials in this area. Extensive studies including flexibility, textural, structural, as well as reactivity of different milling products is presented. Zirconium-based MOFs (UiO-66 and MOF-808) were also examined in this thesis. These studies were performed in collaboration with TU Munich. UiO-66 series containing engineered defects are first examined. We demonstrated that vapor adsorption measurement is a valuable tool to access the chemistry of the defects. The second studied system is MOF-808 series, where a comprehensive study is presented starting from synthesis strategies of defective and composite MOFs up to adsorption properties and reactivity.