Étude par microscopie et diffraction électronique de metal-organic frameworks

Electron microscopy and diffraction study of metal-organic frameworks

• Auteur / Autrice : Asma Mansouri
• Direction : Christian Serre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 31/01/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des matériaux poreux de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Cadot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Serre, Emmanuel Cadot, Nathalie Audebrand, Holger Klein, Corinne Soulié-Ziakovic, Gilles Patriarche, Georges Mouchaham, Philippe Boullay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Audebrand, Holger Klein

Mots clés

Mots clés contrôlés

Science des matériaux

Chimie

Mots clés libres

Metal-organic frameworks

Caractérisation structurale

Diffraction électronique

Metal-organic frameworks

Structural characterization

3D Electron diffraction

Résumé

Les Metal-Organic Frameworks (MOFs) sont des solides poreux hybrides cristallins, construits à partir d’entités organiques et inorganiques, d’intérêt pour de nombreuses applications. L’élucidation de leur structure est une étape importante vers la compréhension de leurs propriétés. Cette étape peut être difficile, longue, en particulier dans les cas où la diffraction des rayons X sur poudre et sur monocristaux atteignent leurs limites. La méthode de diffraction des électrons (3DED) a permis la réalisation de plusieurs études d’élucidation structurales de différents types de matériaux fragiles et de tailles nanométriques. Dans ce travail, la 3DED a été utilisée pour l’élucidation structurale de nouveaux MOFs, le tout combiné à des techniques avancées de caractérisation structurale. De plus, étant donné que les MOFs sont très sensibles au faisceau d’électrons, l’analyse par diffraction ou microscopie électronique s’avère difficile. Ainsi, une partie de ce travail a été consacrée à l’identification des caractéristiques structurales et chimiques de MOFs qui gouvernent cette stabilité. Enfin, dans notre quête de développement de MOFs stables, nous avons réussi à synthétiser un nouveau MOF robuste, hétérométallique et bifonctionnel, d’intérêt pour la capture du CO2. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude de ce MOF, depuis l’optimisation de sa synthèse jusqu’à l’exploration de ses propriétés.

Metal-Organic Frameworks (MOFs) are hybrid porous materials made of organic and inorganic constituents, offering interesting properties for various applications. The structure elucidation of MOFs is an important step toward understanding their properties, which can be extremely challenging, particularly in cases where powder X-ray diffraction and single-crystal X-ray diffraction reach their limits. 3D Electron diffraction has been successfully used for the structure determination of different kinds of fragile and nano-sized materials. In this work, 3DED is used for the structural analysis of novel MOFs combined with complementary advanced characterization techniques. Additionally, MOFs are highly electron-beam sensitive, making their analysis using electron diffraction and microscopy challenging. In this regard, part of this work has been dedicated to identifying the structural and chemical features in MOF that have a potential influence on this stability. Finally, in our quest to develop new highly stable MOFs, we have succeeded in synthesizing a new robust heterometallic and bifunctional MOF, possessing good properties for the capture of CO2. The last part of this work is dedicated to the study of this MOF, from its synthesis to its properties investigation.