6.1.2. La famille M41S
La famille des M41S est divisée en 4 sous-groupes
représentés schématiquement dans la figure 60. Le premier
d'entre eux se rapporte à des bâtonnets
désordonnés*, tandis que les trois autres
correspondent à des mésostructures bien définies : (i) les
MCM-41 avec leur arrangement hexagonal de pores unidirectionnels et
non-interconnectés, (ii) les MCM-48 avec une structure cubique
tridimensionnelle, (iii) les MCM-50 avec leur structure lamellaire instable.
Les MCM-41 sont très utilisés en raison de leur unique
architecture qui fait d'eux un matériau mésoporeux modèle
pour l'étude de molécules ou de fluides confinés.
Bâtonnets désordonnés MCM-41 MCM-48 MCM-50
Figure 60 : Les quatres phases principales formées
à partir du C16TMA/SiO2/H2O149
6.1.3. Principes de la synthèse
Une synthèse typique de MCM-41 requiert au minimum
quatre réactifs principaux : un solvant (eau et/ou éthanol), un
précurseur de silice, une molécule « template » et un
catalyseur. Une méthode générale de synthèse
consiste à dissoudre la molécule « template » dans le
solvant, puis à ajouter le précurseur de silice. Après une
période d'agitation à une température
déterminée pour permettre l'hydrolyse et la
précondensation, la température est ensuite remontée pour
favoriser le processus de condensation. Le produit est ensuite lavé,
séché, et les molécules organiques éliminées
par une méthode d'extraction ou par calcination.
* En anglais, « rod »
Les méthodes de synthèse sont, pour la plupart,
basées sur l'ajout de molécules organiques dites «template
». Le précurseur inorganique ajouté au mélange
viendra alors s'organiser autour des structures formées par ces
molécules, générant ainsi la mésostructure du
matériau.150 Ces molécules « template » sont
des molécules organiques amphiphiles composées d'une tête
hydrophile (ionique ou non-ionique) et d'une queue hydrophobe, et ont la
particularité de s'agréger entre elles pour former des structures
tridimensionnelles organisées. Prenons l'exemple des
alkyltrimethylammonium bromides ((CnH2n+1)(CH3)3NBr, CTMABr), qui
sont utilisées de manière très fréquente dans la
synthèse des matériaux de la famille des M41S. (Figure 61)
Au-delà de la concentration micellaire critique (CMC 1), les
molécules de CTMABr s'assemblent pour former des phases micellaires
isotropes. Lorsque la concentration augmente, les structures hexagonales
apparaissent (CMC 2), puis, avec la coalescence des cylindres, il y a formation
d'une phase lamellaire, et dans certaines conditions, d'une phase cubique
intermédiaire. L'ordre et les structures formées par les
molécules dépendent des interactions au sein de la
molécule, mais également avec le solvant.
Figure 61: Evolution de l'organisation des molécules de
tensioactifpour des concentrations croissantes.151
D'une manière générale, une bonne
connaissance des paramètres ajustables (tensioactif, pH, concentration,
précurseur de silice, solvant, température, ...) et des chemins
réactionnels permettent de contrôler assez finement la forme
globale, mais également la structure interne et la taille des
pores.152,153,154
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