Transcript (ICMPE). UMR 7182 CNRS-UPEC Directeur : Michel Latroche

- Laboratoire et équipe
Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est (ICMPE). UMR 7182 CNRS-UPEC
Directeur : Michel Latroche
Equipe « Systèmes Polymères Complexes » (SPC)
2-8 rue H. Dunant, 94320 Thiais, France
- Nom du directeur de thèse : Daniel Grande, Co-directeur : Benjamin Carbonnier, Coencadrant : Benjamin Le Droumaguet
(Remarque : Le directeur et un éventuel co-directeur sont obligatoirement titulaires d’un
DHDR, sinon, il faut mettre co-encadrant)
- Titre en français : Nanoparticules métalliques@polymères poreux : matériaux
hybrides innovants pour la catalyse supportée.
- Titre en anglais : Metallic nanoparticles@porous polymers: novel hybrid materials for
supported catalysis.
- Mots clés en français : nanoparticules métalliques, polymères poreux, catalyse supportée
- Mots clés en anglais : metallic nanoparticles, porous polymers, supported catalysis
- Identité et coordonnées du directeur de thèse :
Daniel GRANDE, Tel : +33 1 49 78 11 77, Fax : +33 1 49 78 12 08
Mail : [email protected] HDR : oui, 4/12/2006, Université Paris-Est Créteil
Benjamin CARBONNIER, Tel : +33 1 49 78 11 14, Fax : +33 1 49 78 12 08
Mail : [email protected] HDR : oui, 4/9/2012, Université Paris-Est Créteil
Co-encadrant :
Benjamin LE DROUMAGUET, Tel : +33 1 49 78 11 77
Mail : [email protected], HDR : non.
- Lien http de l'offre (www.icmpe.cnrs.fr)
- Type de financement :
Allocation de recherche ministérielle sur concours ED SIE.
- Profil scientifique demandé au candidat : Master 2 en polymères ou en chimie
- Présentation détaillée de l'offre en français :
Le projet proposé concerne l’élaboration de nouveaux matériaux hybrides formés par
insertion de nanoparticules métalliques dans la porosité nanostructurée de polymères à
morphologie bien définie. Depuis quelques années, le nanoconfinement de nanoparticules
métalliques dans des matrices hôtes polymères a permis d’entrevoir l’opportunité de
nombreuses applications notamment dans les domaines du stockage de l’énergie et de la
catalyse organométallique en phase hétérogène. En effet, cet effet de nanoconfinement au sein
de matrices polymères modifie de manière significative les propriétés structurales,
morphologiques et catalytiques des nanoparticules métalliques. L’équipe SPC de l’ICMPE
possède une expertise reconnue dans la conception de matériaux polymères poreux et a
travaillé récemment sur l’élaboration de matériaux fonctionnalisés à double porosité pour des
applications en génie biomédical. Au sein de l’ICMPE, l’équipe SPC a également travaillé en
étroite collaboration ces dernières années avec l’équipe CMTR (Chimie et Métallurgie des
Terres Rares), internationalement reconnue dans le domaine des hydrures métalliques pour le
stockage de l’hydrogène, et qui prend actuellement un virage dans le domaine des
nanomatériaux hybrides.
Cette étude propose de synthétiser une série d’hybrides nanoparticules métalliques@matrices
polymères poreuses et d’évaluer ensuite leur activité notamment dans le domaine de la
catalyse organométallique en phase hétérogène.
Dans un premier temps, des matériaux polymères poreux innovants à simple ou double
porosité seront synthétisés et caractérisés de manière fine. Des réactions de chimie de surface
seront envisagées pour le greffage de fonctions chimiques permettant une meilleure
adsorption des nanoparticules métalliques à la surface des pores de ces matériaux. Dans un
second temps, l’insertion de nanoparticules métalliques au sein de ces matrices poreuses sera
réalisée selon deux stratégies complémentaires : soit par réduction in situ de sels métalliques
précurseurs, soit par incorporation de nanoparticules métalliques préformées. Finalement,
nous nous focaliserons sur la potentialité offerte par la présence des nanoparticules
métalliques pour catalyser des réactions organométalliques modèles en fonction de la nature
du métal et distinguer les effets du nanoconfinement sur les propriétés catalytiques.
- Encadrement : Daniel Grande, Benjamin Carbonnier, Benjamin le Droumaguet
- Contrats/Partenariat : collaboration interne avec l’équipe CMTR (C. Zlotea, M. Latroche),
collaboration externe avec le laboratoire MSME UMR 8208 CNRS-UPE (S. Naili, T.
Lemaire)
- Thématiques : polymères poreux, interfaces réactives
- Domaine scientifique : chimie et science des matériaux
- Objectif :
L’objectif de ce projet consiste en l’élaboration de matériaux hybrides innovants
nanoparticules métalliques@polymères poreux et leur caractérisation approfondie.
L’évaluation du potentiel offert par ces systèmes, notamment dans des applications liées à la
catalyse organométallique en phase hétérogène de type supportée, sera ensuite réalisée.
- Contexte :
Les hybrides préparés par insertion de nanoparticules métalliques dans des matériaux
polymères poreux possèdent un potentiel certain pour la conception de systèmes catalytiques
supportés innovants. Cette thématique s’inscrit dans deux des axes thématiques transversaux
de l’ICMPE, à savoir l’axe « Nanomatériaux et effet d’échelle » (NME2) et l’axe « Matériaux
pour l’énergie » (MPE).
- Méthodes et calendrier :
Ce travail sera divisé en 3 tâches principales : (i) La première tâche consistera en la
préparation et la caractérisation complète de structures polymères poreuses, (ii) le seconde
partie de ce travail visera à insérer des nanoparticules métalliques au sein des matrices
polymères poreuses formées précédemment, (iii) la troisième tâche consistera enfin à étudier
les potentialités de ces hybrides comme catalyseurs supportés et, si besoin est, d’améliorer les
systèmes mis au point précédemment.
- Résultats attendus :
Une investigation complète contribuera à accéder à une connaissance approfondie des
relations structure-propriétés des hybrides nouvellement synthétisés. En particulier, cette
étude devrait permettre le développement de catalyseurs organométalliques supportés
originaux.
- Références bibliographiques :
• Zalusky, A. S.; Olayo-Valles, R.; Taylor, C. J.; Hillmyer, M. A. Mesoporous
Polystyrene Monoliths. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1519.
• Zalusky, A. S.; Olayo-Valles, R.; Wolf, J. H.; Hillmyer, M. A. Ordered Nanoporous
Polymers from Polystyrene−Polylactide Block Copolymers. J. Am. Chem. Soc. 2002,
124, 12761.
• Grande, D.; Penelle, J.; Davidson, P.; Beurroies, I.; Denoyel, R. Functionalized
ordered nanoporous polymeric materials: from the synthesis of diblock copolymers to
their nanostructuration and their selective degradation. Microporous Mesoporous
Mater. 2011, 140, 34.
• Majdoub, R.; Antoun , T.; Le Droumaguet, B.; Benzina, M.; Grande, D.; Original
route to polylactide-polystyrene diblock copolymers containing a sulfonyl group at the
junction between both blocks as precursors to functional nanoporous materials. React.
Funct. Polym. 2012, 72, 495.
• Ryu, J.-H.; Park, S.; Kim, B.; Klaikherd, A.; Russell, T. P.; Thayumanavan, S., Highly
Ordered Gold Nanotubes Using Thiols at a Cleavable Block Copolymer Interface. J.
Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9870.
• Le Droumaguet, B.; Lacombe, R.; Ly, H.-B.; Guerrouache, M.; Carbonnier, B.;
Grande, D. Engineering functional doubly porous PHEMA-based materials. Polymer
2014, 55, 373.
• Dorin, R. M.; Sai, H.; Wiesner U. Hierarchically porous materials from block
copolymers. Chem. Mater. 2014, 26, 339.
- Présentation détaillée de l'offre Anglais :
The project concerns the development of novel hybrid materials formed by insertion of
metallic nanoparticles within the nanostructured porosity of polymers with a well-defined
morphology. The nanoconfinement of metallic nanoparticles within host polymer matrices
has allowed for several years to foresee the opportunity of numerous applications, especially
in the areas of energy storage and organometallic catalysis in heterogeneous medium. Indeed,
this nanoconfinement effect within polymer matrices modifies in a significant manner the
structural, morphological and catalytic properties of metallic nanoparticles. The SPC
laboratory (Complex Polymer Systems) from ICMPE possesses a reknown expertise in the
design of porous polymeric materials, and this laboratory has recently worked on the
development of doubly porous functionalized materials for applications in biomedical
engineering. Within the ICMPE, the SPC laboratory has also worked for the last couple of
years in close collaboration with the CMTR laboratory (Metallurgical Chemistry of Rare
Earths), which is internationally recognized in the area of metallic hydrides for hydrogen
storage, and it is currently emerging in the area of hybrid nanomaterials.
This study intend to synthesize a series of metallic nanoparticles@porous polymer matrix
hybrids, and then to evaluate their activity, especially in the field of organometallic catalysis
in heterogeneous medium.
First, novel porous polymeric materials with a single or a double porosity will be synthesized
and finely characterized. Surface chemistry reactions will be envisioned for the grafting of
chemical functional groups that will allow for a better adsorption of metallic nanoparticles on
the pore surface of these materials. Second, the insertion of metallic nanoparticles within
these porous matrices will be achieved according to two complementary strategies: either by
in-situ reduction of metallic salt precursors or by incorporation of preformed metallic
nanoparticles. Finally, we will focus on the possibility offered by the presence of metallic
nanoparticles to catalyze model organometallic reactions as a function of the metal nature and
highlight the nanoconfinement effect over the catalytic properties.
- Supervisors:
Daniel GRANDE, Tel: +33 1 49 78 11 77, Fax: +33 1 49 78 12 08
Mail: [email protected]
Benjamin CARBONNIER, Tel +33 1 49 78 11 14, Fax: +33 1 49 78 12 08
Mail: [email protected]
- Supervisor in second:
Benjamin LE DROUMAGUET, Tel: +33 1 49 78 11 77, Fax: +33 1 49 78 12 08
Mail: [email protected]
- Contrats/Partnerships: collaboration interne avec l’équipe CMTR (C. Zlotea, M.
Latroche), collaboration externe avec le laboratoire MSME UMR 8208 CNRS-UPE (S. Naili,
T. Lemaire)
- Thematics: porous polymers, reactive interfaces
- Scientific Domain: Chemistry and Materials Science
- Objective:
The objective of this project consists in the development of a series of novel metallic
nanoparticles@porous polymer hybrid materials and their thorough characterization. The
evaluation of the potential offered by such systems will be achieved, especially for
applications in organometallic catalysis in heterogeneous medium.
- Context:
Hybrids prepared by insertion of metallic nanoparticles within porous polymeric materials
possess an undeniable potential for the design of innovative supported catalytic systems. This
research area lies within the scope of two main transversal axes of ICMPE’s activities, namely
“nanomaterials and scale effects” and “materials for energy”.
- Methods and time schedule:
This work will be divided into three main tasks: (i) the first one will investigate the
preparation and full characterization of porous polymeric scaffolds, (ii) the second task will
aim at inserting metallic nanoparticles within porous polymeric matrices previously prepared,
(iii) the third one will finally consist in studying the potentialities of these hybrids as catalytic
supports and, if needed, in improving the hybrid systems implemented.
- Expected results:
A comprehensive investigation will contribute to get a deep insight into the structure-property
relationships associated with the newly generated hybrids. In particular, this work should
enable the development of novel supported organometallic catalysts.