Cristallochimie et propriétés de nouveaux matériaux inorganiques à base de sulfate et de métaux de transition

Novel sulfate inorganic materials with transition metals : crystal chemistry and properties

• Auteur / Autrice : Diana Nekrasova
• Direction : Marie Colmont, Oleg Siidra, Olivier Mentré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/05/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....) en cotutelle avec Sankt-Peterburgskij gosudarstvennyj universitet
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide
• Jury : Président / Présidente : Sergey Britvin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elena Belogub
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Astrid Holzheid, Olivier Hernandez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux de transition

Composés inorganiques

Structure cristalline (solides)

Croissance cristalline

Cristallochimie

Propriétés magnétiques

Synthèse (chimie)

Analogues

Sulfates naturels

Mots clés libres

Sulfates anhydres des métaux de transition

Sulfate

Transition metals

Inorganic materials

Magnetic properties

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de nouveaux matériaux « géo-inspirés » issus de l’étude de minéraux présentant des structures cristallines et des propriétés spécifiques. Il a été réalisé dans le cadre d’une cotutelle internationale de thèse entre les universités de Saint Petersbourg (Russie) et de Lille (France) et financé par l’ambassade de France en Russie (bourse doctorale Verndaski), le gouvernement français et mis en place par Campus France. L’étude réalisée se situe à l’interface entre différents domaines spécifiques que sont : la géologie de part la modélisation des processus naturels, la chimie inorganique au travers de la croissance cristalline, de la production de composés synthétiques et de l’étude des propriétés physiques (magnétiques et électrochimiques principalement) associées. Les structures cristallines des minéraux sont relativement complexes, présentant des dimensionnalités variées, de 0D à 3D, offrant ainsi un large champ de possibilités en termes de propriétés physiques associées. Ce travail concerne la synthèse de composés sulfatés, l’étude de leurs structures cristallines et des propriétés physiques qui en découlent. Les structures cristallines ont été étudiées par diffraction des rayons X sur monocristal et sur poudre. La majeure partie des composés mis en évidence durant cette thèse présentent des propriétés magnétiques intéressantes. La plupart des nouveaux composés ont été obtenus lors de synthèses solide-solide réalisées à partir de sulfates anhydres. Sachant que la plupart des sulfates sont instables dans les conditions ambiantes et s’hydratent facilement, la synthèse et l’étude de sulfates anhydres demeure un challenge contrairement aux sulfates hydratés qui sont naturellement abondant sur terre et facilement synthétisables en laboratoire. Au total 19 nouveaux composés ont pu être étudiés durant ce travail.

This thesis aims to the synthesis of new materials inspired by geological minerals, focusing on parent crystal structures with specific properties. This work was carried out under the framework of the international cotutorial thesis project between St. Petersburg State University (Russia) and the University of Lille (France). This work was done thanks to a scholarship of the Embassy of France in Russia (la bourse doctorale Vernadski), the French Government, and managed by the Agency Campus France. The significance of these studies is determined by the position between geology, such as the study of crystal growth processes in nature, and inorganic chemistry, in the modelling of natural processes, the production of synthetic compounds and study of physical properties (magnetic and electrochemistry mainly). The crystal structural types met in minerals cover the complete panorama from 0 to 3-Dimensionnal characters and offer unexploited potentialities in terms of innovating properties. This work is dedicated to the investigation of sulfates compounds, its crystal structures and physical properties. The main methods of the crystal structures study are single crystal and powder X-Ray diffraction. Special attention is paid to the description of crystal structures, since all the compounds are new. A significant part of this work is devoted to experiments aimed to study magnetic properties. Most of the new compounds that have been obtained are anhydrous sulfates. Keeping in mind that most of anhydrous sulfates are unstable under ambient conditions and easily hydrated, the synthesis and investigation of new anhydrous sulfates remain a challenge. Contrary, the hydrated sulfates have been shown to be earth-abundant mineral species and can be relatively easily prepared in a laboratory.