Photoassisted Synthesis of Nanoporous Carbon Materials
Synthèse de matériaux carbonés nanoporeux
Résumé
The main objective of this thesis was to explore the possibility of using photo-assisted reactions to prepare porous carbons and metal/carbon nanohybrids. Thus, UV photoinduced polycondensation was implemented to freeze the auto-organized structures formed by certain polyphenols, which are capable of trapping Ag or Au metal nanoparticles. The pyrolysis of these organic precursors opens the way to nanoporous hybrid materials with controlled textural and physicochemical properties. By the appropriate choice of the organic precursor and synthesis parameters, it was possible to control the morphology, structural order, and pore size distribution of the final carbon materials throughout the micro/mesoporous range. The degree of crosslinking of the photopolymerized resin was determined by the structure as well as the number of reactive positions in the organic precursors. The incorporation of metal ions (Au3+, Ag+) during the one-pot process allowed the simultaneous photoassisted polycondensation of phenolic units and photoreduction of metal ions yielding metal nanoparticles. The resulting materials contain highly dispersed metal nanoparticles in the carbon matrix, which induces slight changes in porosity, mainly in pore volume and especially in the average mesopore
size. Morphological, textural and physicochemical characterizations of the new carbon and metal/carbon hybrid nanomaterials were also carried out in order to assess the influence of synthetic parameters on the resulting materials. This fast, simple and cost-effective photoassisted approach opens up interesting prospects in the synthesis of porous carbons and hybrid materials that could be used, for example, as photocatalysts in wastewater treatment and advanced oxidation processes.
L'objectif principal de cette thèse était d'explorer la possibilité d'utiliser des réactions photoassistées pour préparer des carbones poreux et des nanohybrides métal/carbone. La polycondensation photoinduite par UV a été mise en oeuvre pour figer les structures auto-organisées formées par certains polyphénols, capables de piéger des nanoparticules métalliques d'Ag ou d'Au. La pyrolyse de ces précurseurs organiques ouvre la voie vers des matériaux hybrides nanoporeux aux propriétés texturales et physicochimiques contrôlées. Par un choix approprié du précurseur organique et des paramètres de synthèse, il a été possible de contrôler la morphologie, l'ordre structurel et la distribution de taille des pores des matériaux carbonés finaux dans toute la gamme micro/mésoporeuse. Le degré de réticulation de la résine photopolymérisée est déterminé par la structure et par le nombre de positions réactives dans les précurseurs organiques. L'incorporation d'ions métalliques (Au3+, Ag+) au cours du processus "onepot" a permis de réaliser simultanément la polycondensation photoassistée d'unités phénoliques et la photoréduction d'ions métalliques produisant des nanoparticules métalliques. Les matériaux obtenus contiennent des nanoparticules métalliques très dispersées dans la matrice de carbone, ce qui induit de légers changements dans la porosité, principalement dans le volume des pores et surtout dans la taille moyenne des mésopores. Des caractérisations morphologiques, texturales et physicochimiques des nouveaux nanomatériaux en carbone et hybrides métal/carbone ont également été réalisées afin d'évaluer l'influence des paramètres de synthèse sur les matériaux obtenus. Cette approche
photoassistée rapide, simple et économique ouvre des perspectives intéressantes dans la synthèse de carbones poreux et de matériaux hybrides qui pourraient être utilisés, par exemple, comme photocatalyseurs dans le traitement des eaux usées et les processus d'oxydation avancés.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)