Chapitre 6
SYNTHESE DE NANOSPHERES DE SILICE DE TYPE MCM-41
6.1. Etatde l'art 133
6.2. Sphères mésoporeuses 137
6.2.1.
Synthèse
6.2.2. Caractérisations
6.3. Discussion sur le mécanisme de formation 151
6.4. Conclusion générale du chapitre 6 152
CHAPITRE 6
SYNTHESE DE NANOSPHERES DE SILICE DE TYPE MCM-41
Les gels de silice sont une matrice hôte tout à
fait bien adaptée au confinement des solutions de sucre. Cependant, il
reste que le diamètre moyen des pores proposé par ces gels ne
permet pas de réduire de manière significative la dynamique
moléculaire des sucres. En modifiant les conditions de synthèse,
il est possible de réduire la taille des pores, mais en contrepartie la
diminution du ratio H2O/TEOS génère une quantité beaucoup
trop importante d'alcool, rendant difficile la dissolution du sucre. C'est pour
toutes ces raisons, que nous avons du abandonner ces gels au profit des
matériaux inorganiques organisés, qui présentent
l'énorme avantage de proposer une grande variété de
diamètres de pores. Il nous faut donc synthétiser un
matériau mésoporeux adapté à nos contraintes
instrumentales et qui permet de répondre à nos impératifs
de concentration. La famille des M41S, et plus particulièrement le
sous-groupe des MCM-41, répond à nos attentes par les tailles de
pore accessibles d'une part, et aux impératifs liés aux mesures
de diffusion de neutrons d'autre part (transparence, volume
d'échantillon, nombre limité de protons, ...). La silice
mésoporeuse conventionnelle s'étend sur de grands domaines et
présente par conséquent des longueurs de pores beaucoup trop
importantes pour espérer confiner une solution de sucre sans gradient de
concentration. C'est en partie pour cette raison, que nous avons
synthétisé des nanosphères de silice avec une
mésoporosité de type MCM-41, mais présentant une longueur
de pore acceptable. Ce chapitre traitera donc de la synthèse et de la
caractérisation de ces nanosphères de silice mésoporeuse,
précédé d'un court état de l'art sur les
matériaux mésoporeux de type MCM-41.
6.1. ETAT DE L'ART
Ce petit état de l'art non exhaustif sur la
synthèse des matériaux mésoporeux et plus
particulièrement sur celle des sphères de silice
mésoporeuses nous donnera un aperçu des techniques de
synthèse utilisées et des mécanismes mis en jeu.
6.1.1. Historique
Au début des années 90 au Japon, Kuroda et son
équipe ont développé des complexes d'intercalation
argile-alkylammonium, qui ont été soumis à
différents traitements hydrothermaux, puis calcinés. Le
matériau final, dit FSM 16, se présente sous la forme d'une
poudre très poreuse et avec une organisation des pores en nid
d'abeille.134,135 En parallèle de ces recherches, le groupe
Mobil a développé toute une série de nouveaux
matériaux poreux, regroupés sous le nom générique
de M41 S,136,137 et dont les méthodes de synthèse ont
fait l'objet de différents brevets publiés en 1991 et
1992.138,139,140 Il est assez intéressant de constater que ces deux
matériaux, japonais et américain, présentent de fortes
ressemblances. De manière assez surprenante, Chiola et al.141
ont décrit, dans un
brevet américain de 1971, la synthèse d'une
silice de faible densité basée sur l'hydrolyse et la condensation
d'un précurseur de silice en présence d'un tensio-actif
cationique. Les propriétés mésoporeuses tout à fait
uniques de ce matériau sont restées méconnues jusqu'en
1997 lorsque Di Renzo et al.,142 en reproduisant les
expériences décrites dans le brevet, ont démontré
que le produit final présente toutes les caractéristiques et
propriétés des MCM-41. Même si la paternité de cette
découverte semble être remise en cause par ces travaux
récents, il apparaît néanmoins que les nombreuses
découvertes de Mobil ont donné un remarquable essor à
cette branche de la chimie des
matériaux.143,144,145,146,147,148
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