Synthèses à façon de Matériaux poreux multi-échelles dédiés pour remédiations environnementales photo-induites

Custom synthesis of dedicated multi-scale porous materials for photo-induced environmental remediation

• Auteur / Autrice : Antoine Vardon
• Direction : Rénal Backov, Thierry Pigot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Inscription en doctorat le 29/09/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Colloides, Interfaces, Assemblages (CIA)

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux poreux

Chimie sol-gel

Chimie des fluides complexes

Chimie intégrative

Catalyse hétérogène

Photo-catalyse

Porous materials

Chimie sol-gel

Chemistry of complex fluids

Integrative chemistry

Heterogeneous catalysis

Photo-catalysis

Résumé

Aujourd'hui, la protection environnementale est devenue une préoccupation majeure de nos sociétés industrielles, et devient de facto un véritable enjeu économique. L'émission de polluants dans l'atmosphère touche quasiment tous les secteurs de l'industrie, parmi lesquels les transports routier et aérien, sans oublier les cimenteries. Pour les transports routiers, les gaz d'échappement sont une importante source d'émissions et génèrent un très large panel de polluants tels que le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrulés (HC, qui sont des COV, composés organiques volatils), les oxydes d'azote (NOx = NO et NO2), le dioxyde de soufre (SO2) et des particules. L'Université de Bordeaux vient de préparer et breveter (septembre 2020) une nouvelle série de monolithes à porosité multi-échelles comportant de fortes teneurs en oxydes nanométriques que nous avons baptisée les MUB « Matériaux de l'Université de Bordeaux » : MOxSi(HIPE) M= Co, Fe, Ni, Mn, W, Y, Ce, Cu, Zn, Ta, Mo, Nb, V, Sn, In, Cd, Cr. Ces monolithes sont à vocation catalyse de contacte environnementale et plus particulièrement la Photo-oxydation des COVs produisant CO2 et H2O (minéralisation) et la photo-réduction du CO2 en carburant solaires (CH4, C2H6, H2). Les matériaux agissent comme de véritables « éponges photoniques » et permettent un acte photo-catalytique en volume, minimisant l'empreinte au sol et permettant une miniaturisation des technologies de photo-remédiation. C'est ici que se trouvent l'essence de ce travail de thèse où des matériaux fonctionnels avancés seront obtenus par design rationnel en couplant la chimie sol-gel, la chimie inorganique avec la physico-chimie des fluides complexes.

There is an urgent need for clean and sustainable energy production due to marked global climate change and severe atmospheric pollution. One option of both producing energy and promoting environmental remediation is taking the benefit of sun light. Until now, commercial optimization of light-matter interactions has been solely based on dimensional (2D) photosynthetic reactors, inducing thereby a huge foot-print penalty over precious agricultural land. In a context of both energy transition and climate remediation the overall aim of the proposal is thus to conceive 3D photocatalytic devices, while combining sol-gel chemistry, inorganic chemistry and the physical chemistry of complex fluids, to design rationally 3D-architectures acting in volume with solar light and reaching a light effective penetration depth at the decimeter length scale, where the novel and counter intuitive scenario of “thicker is better” will be reached for solar-driven photoreactions. In particular, we will synthesize 3D photonic sponges inducing high core photo-electron density while addressing a bulk process toward both CO2 valorization through its photo-reduction (producing CH4, C2H6, H), and COVs photo-oxidation while generating CO2 and H2O (mineralization.