Introduction

Le projet de IRN met l’accent sur le développement de la synthèse de matériaux microporeux et sur des approches nouvelles de caractérisations, par microscopie et par spectroscopie, pour la compréhension fondamentale des mécanismes de nucléation-croissance de ces matériaux.

Missions et thèmes de recherche 

Les principales étapes du travail seront :
• le développement et l’optimisation des techniques de synthèse et leur application pour la synthèse des zéolithes, de structures cristallines organiques : COF (Covalent Organic Framework), et de structures cristallines aromatiques poreuses: PAFs (Porous Aromatic Framework). Ce travail comprendra la réalisation de séries temporelles d’expériences de synthèse avec différents matériaux de départ, et dans des conditions variables, afin de révéler la dynamique et la cinétique de nucléation-croissance, ainsi que l’étude des aspects spatiaux du processus de transformation des gels amorphes (suspensions) en solides cristallins;
• La caractérisation structurale et de la composition des produits de synthèse et leurs intermédiaires;
• l’analyse itérative des résultats et la modification des conditions expérimentales en vue d’atteindre les objectifs fixés;
• enfin les matériaux synthétisés seront utilisés pour les conversions catalytiques, la séparation de gaz ou de liquides afin de traiter des problèmes environnementaux importants de la société moderne.

Principaux projets de recherche 

Le programme scientifique s’articulera autour des axes suivants:
Les objectifs de l’IRN concernent la synthèse de matériaux microporeux de type zéolithes et de solides microporeux cristallins apparentés dans des conditions très douces (température de 30°C) et propres.
Cela nécessite :
• Synthèse et contrôle des propriétés de zéolithes et matériaux apparentés
- de mieux comprendre les mécanismes de nucléation;
- de mieux contrôler la cinétique de nucléation;
- de minimiser l’utilisation d’énergie.
Le partenaire français (Laboratoire Catalyse et Spectrochimie – LCS) travaillera notamment sur la préparation de matériaux zéolitiques à base de silice. Un des partenaires chinois (Jilin University – Chine) se concentrera sur la recherche de nouvelles familles de matériaux microporeux, notamment des structures aromatiques poreuses, appelées PAFs (Porous Aromatic Framework), qui ont été découvertes récemment et ont montré d’extraordinaires capacités d’adsorption du gaz carbonique (CO2). Le but ultime est la préparation de matériaux poreux hybrides (organiques-inorganiques) pour des applications dans la protection de l’environnement.
• Outils de caractérisation avancés (instrumentation et méthodologie)
Les partenaires de l’IRN utiliseront des équipements complémentaires afin de pouvoir caractériser au mieux les matériaux poreux synthétisés. Pour e LCS, il s’agira de la RMN du solide, de la spectroscopie infrarouge et de la spectroscopie Raman. Pour l’Université de Jilin, il s’agira essentiellement de la microscopie électronique.
• Exploration du potentiel applicatif dans des technologies nouvelles (dépollution, catalyse, séparations, applications émergentes)
Les études relatives à l’activité de la surface des matériaux synthétisés, et notamment les tests catalytiques, seront menées par le deuxième partenaire chinois (DaIRPn Institute of Chemical Physics – DICP).

Les institutions et laboratoires impliqués 

Côté français :
• UMR6506 – « Laboratoire Catalyse et Spectrochimie – LCS », CNRS / Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Caen-ENSICAEN / Université Caen-Normandie
Côté chinois :
• State Key Laboratory for Catalysis, DaIRPn Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences
• State Key Laboratory for Inorganic Synthesis & Preparative Chemistry, Jilin University