Nanotube inorganique d'imogolite à cavité interne hydrophobe : synthèse, fonctionnalisation et encapsulation de molécules organiques

Inorganic Nanotube of Imogolite with an Internal Hydrophobic Cavity : Synthesis, Functionalisation and Encapsulation of Organic Molecules

• Auteur / Autrice : Pierre Picot
• Direction : Antoine Thill
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/03/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Hynd Remita
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Thill, Hynd Remita, Anne Galarneau, Jocelyne Brendlé, Clément Levard, Thibaud Coradin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Galarneau, Jocelyne Brendlé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polluants inorganiques

Encapsulation (chimie)

Fonctionnalisation chimique

Nanotubes

Mots clés libres

Optique

Encapsulation

Nanotube

Imogolite

Fonctionnalisation

Polluants

Pollutant

Nanotube

Imogolite

Functionalisation

Trapping

Optical

Résumé

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’imogolite-méthylée, un nanotube dispersé en phase aqueuse avec une nanocavité hydrophobe.Nous avons tout d’abord étudié ses mécanismes de formation. A court terme, les premiers précipités formés se réorganisent en nanoobjets ayant la même structure locale que l’imogolite et dont la taille dépend des conditions de synthèses (concentration, précurseur). Ils conduisent à la formation d’objets cylindriques (imogolite) ou sphériques (allophane).Sur le long terme, nous avons observé que l’imogolite-méthylée coexiste avec des sous-produits (hydroxyde d’aluminium, proto-imogolite et allophane). En choisissant judicieusement les paramètres de synthèse (rapport molaire entre les précurseurs, température de synthèse) il est possible de réduire la proportion de ces sous-produits mais pas de les éliminer complétement.Ensuite, nous avons étudié la fonctionnalisation de ces nanotubes par substitution d’une partie des groupes méthyles internes par des groupes dopants. L’encapsulation de Nile Red, un colorant solvatochromique, dans la cavité interne des nanotubes hybrides a mis en évidence la fonctionnalisation des imogolites avec les différents groupes utilisés. Enfin, nous avons exploré l’encapsulation de molécules organiques (polaires, apolaires, solubles et insolubles dans l’eau) dans la cavité des nanotubes. Les courbes de diffusion X montrent que l’imogolite-méthylée piège toutes les molécules testées. De plus, les quantités adsorbées calculées sont comparables à celles mesurées dans le cas où des charbons actifs ou des zéolithes sont employés comme adsorbants.

In this work, we studied methyl-imogolite, an inorganic nanotube dispersed in water with a hydrophobic cavity.First, we examined the formation mechanisms. On a short time scale, the initial precipitates reorganize to give nano-objects with the same local structure as imogolite. Their size depends on the synthesis conditions (concentration, precursor) and could lead to the formation of cylindrical (imogolite) or spherical (allophane) objects.On a long time scale, we observed that methyl-imogolite coexists with byproducts (aluminum hydroxide, proto-imogolite and allophane). It is possible to reduce their proportion by wisely selecting the synthesis parameter (molar ratio between precursors, synthesis temperature). However, they cannot be fully eliminated. Then, we studied the functionalisation of this nanotube by substituting part of the internal methyl groups by doping ones. Encapsulation of Nile Red, a solvatochromic dye, in the internal cavity of these hybrid nanotubes highlighted the functionalisation of the imogolite with the various groups used.Finally, we investigated the encapsulation of organic molecules (polar, apolar, soluble or insoluble in water) in the nanotubes cavity. SAXS curves evidenced the trapping of all the molecules tested by methyl-imogolite. Moreover, calculated adsorption capacities are similar to the ones obtained when activated carbon or zeolites are used as adsorbents.