Imogolites hybrides comme réacteur modulable – BENALOR

L’un des enjeux fondamentaux auquel il est urgent de s’attaquer d’un point de vue sociétal et scientifique, est de concilier développement humain et préservation de l’environnement. Pour cela, les chercheurs vont devoir concevoir des solutions innovantes et performantes pour passer des carburants fossiles aux énergies renouvelables, telle que le solaire, trouver des alternatives aux éléments rares et gérer les ressources globales de façon plus éco-responsable. Dans ce projet, nous proposons d’explorer les propriétés photo-catalytiques originales de nanotubes d’aluminosilicates, les imogolites. Ces matériaux peu coûteux et respectueux de l’environnement serviront de nano-réacteurs permettant d’activer de part et d’autre des parois des imogolites hybrides des réactions redox, autrement défavorables. Cette approche originale permettra de tirer doublement avantage, d’une part du confinement à l’intérieur de la cavité et d’autre part de la polarisation des parois. En particulier, dans un nanoréacteur, la majorité des molécules subissent des interactions qui ne peuvent pas être obtenues dans un environnement non confiné. Ce projet s’attachera en particulier à évaluer l’effet du confinement et de la polarisation résultant de la courbure de la paroi des imogolites sur leur réactivité. Le contrôle structural des interfaces et des interactions à l’échelle nanométrique permettra ainsi d’obtenir des propriétés originales.
Afin d’atteindre ces objectifs et de valoriser au mieux les remarquables propriétés de ces matériaux encore peu connus, le projet BENALOR relèvera plusieurs défis. Tout d’abord, il vise à synthétiser et à caractériser en détail des imogolites hybrides organiques/inorganiques de caractéristiques (tailles, composition des parois, nature et densité des groupes fonctionnels) ajustables de façon à accueillir, organiser et transformer les réactifs organiques dans la cavité. Les conditions de synthèse seront optimisées tout d’abord à l’échelle du laboratoire puis transposées à plus large échelle. Ceci fera l’objet du premier ensemble de tâche (WP1) et permettra de disposer de lots définis et homogènes de matériaux. Les capacités d’encapsulation, la thermodynamique associée, et l’arrangement interne des substrats organiques seront étudiés finement (WP2) afin d’optimiser les propriétés catalytiques visées ensuite. Enfin, la réactivité duale en oxydo-réduction spécifique aux nanotubes d’imogolites sera évaluée (WP3) : la réaction d’oxydation à l’intérieur du nanoréacteur (décomposition de polluants organiques) sera couplée à une réaction de réduction à la surface externe. Différentes réactions d’enjeu et de difficultés croissantes ont été sélectionnées : réduction photo-induite d’ions métalliques, d’eau et de dioxyde de carbone issu de la minéralisation des substrats organiques. Afin de mener à bien ces défis, le projet réunit 3 partenaires académiques (i.e. NIMBE, ITODYS and ICGM) ayant des expertises complémentaires et reconnues en science des matériaux, surfaces, interfaces et réactivité. Le laboratoire NIMBE, qui a déjà été à l’origine de plusieurs projets sur les imogolites et dispose d’un réacteur pour leur synthèse à grande échelle, sera le coordinateur du projet (WP 0). Un doctorant, un post-doc et six étudiants de Master seront recrutés pour contribuer au projet, et l’ensemble du projet regroupera près d’une vingtaine de permanents et non permanents sur 48 mois.
Le couplage de réactions redox avec des réactifs hydrophiles/hydrophobes à l’aide d’un nanoréacteur ouvre de très larges perspectives pour des possibles réactions photo-induites. La réalisation de ce projet devrait avoir un impact majeur non seulement dans la compréhension des effets de confinement, mais surtout dans le domaine de la photocatalyse pour des applications en environnement et énergie.