Synthèse de matériaux poreux à base de corroles de cobalt pour la détection de monoxyde de carbone

Synthesis of porous materials based on cobalt corroles for carbon monoxide detection

• Auteur / Autrice : Jian Yang
• Direction : Claude Gros, Nicolas Desbois, Stéphane Brandès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 11/10/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-2024)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne (ICMUB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Marcel Bouvet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandra Fateeva
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Bulach, Zakaria Halime

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cobalt

Intoxication accidentelle

Polymères poreux

Monoxyde de carbone

Mots clés libres

COFs

Corroles

MOFs

Matériaux poreux

Co

COFs

Corroles

MOFs

Porous materials

Co

Résumé

Le monoxyde de carbone (CO), connu sous le nom de ''tueur silencieux'', est un gaz dangereux, incolore et hautement inflammable dont la limite d'exposition admissible recommandée est de 50 ppm. Il coûte chaque année la vie à un grand nombre d'individus dans le monde entier. Des matériaux poreux prometteurs, tels que les structures organiques covalentes (COF), les réseaux de type métallo-organique (MOF) et les polymères organiques poreux et amorphes (POP), ont attiré l'attention en raison de leurs structures adaptées à la sorption et à la capture des gaz. Des matériaux poreux à base de corroles ont été développés au cours de ce travail dans le but de répondre au besoin urgent de prévention à l'empoisonnement au CO avec des capteurs de CO hautement sensibles et sélectifs. En effet, les complexes de corroles de cobalt sont connus pour leur sélectivité unique de sorption du CO. Plusieurs corroles et leurs analogues de complexes de cobalt ont été synthétisés au cours de ce travail de thèse puis utilisés pour construire de nouveaux matériaux poreux (COFs, MOFs et POPs). Des COF 2D et des COF 3D à base de corroles ont été obtenus et caractérisés. Nous avons constaté que le COF 3D ne présente aucune cristallinité alors que le COF 2D est hautement cristallin. Pour la sorption du CO, le COF 2D a montré une plus grande affinité et sélectivité pour le CO que le COF 3D. De plus, le COF 2D a montré une plus grande sélectivité pour le CO par rapport au CO2, O2, N2 qui sont des gaz interférents pour les capteurs.

Carbon monoxide (CO), known as the “silent killer”, is a dangerous, colorless, and highly flammable gas whose permissible exposure limit is recommended to be as low as 50 ppm. It costs the life of a large number of individuals all over the world each year. Promising porous materials, such as Covalent Organic Frameworks (COFs), Metal–Organic Frameworks (MOFs), and amorphous Porous Organic Polymers (POPs), have gained attention due to their distinctive attributes adapted for gas sorption and capture. Corrole-based porous materials have thus been developed in this work with the aim to answer the urgent need for CO poisoning prevention with highly sensitive and selective CO sensors. Indeed, cobalt corrole complexes are known for their unique CO sorption selectivity. Several corroles and their cobalt complex analogues were synthesized during the PhD work, and further used to build new porous materials (COFs, MOFs et POPs). 2D-COF and 3D-COF based on corroles were obtained and characterized We found that 3D COF showed no crystallinity while 2D COF is highly crystalline. For CO sorption, 2D COF showed higher affinity and selectivity for CO than 3D COF. What’s more, 2D COF showed higher selectivity for CO vs CO2, O2, N2 which are interference gas for sensors.