Matériaux hybrides fonctionnels photoactifs: Stratégie d'élaboration, caractérisation et activité

224 Pages·2017·3.59 MB·French

Matériaux hybrides fonctionnels photoactifs: Stratégie
d’élaboration, caractérisation et activité
Philippe Saint-Cricq-Riviere
To cite this version:
Philippe Saint-Cricq-Riviere. Matériaux hybrides fonctionnels photoactifs: Stratégie d’élaboration,
caractérisation et activité. Matériaux. Université de Pau et des Pays de l’Adour, 2009. Français.
￿NNT: ￿. ￿tel-00474544￿
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abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
`
THESE
PRESENTE´E A`
´
L’UNIVERSITE DE PAU
ET DES PAYS DE L’ADOUR
E´COLE DOCTORALE DES SCIENCES EXACTES
ET DE LEURS APPLICATIONS
PAR
SAINT-CRICQ RIVIERE Philippe
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
Specialit´e
CHIMIE PHYSIQUE
Mat´eriaux hybrides fonctionnels photoactifs: Strat´egie
d’´elaboration, caract´erisation et activit´e
Soutenue le 11 D´ecembre 2009 devant la commission d’examen form´ee de :
Mme Sylvie Blanc Charg´e de recherches au CNRS Examinateur
M. Jean-Pierre Desvergne Directeur de recherches au CNRS Rapporteur
Mme Sylvie Lacombe Directeur de recherches au CNRS Directeur de th`ese
M. Ahmad Mehdi Professeur `a l’Universit´e de Montpellier 2 Rapporteur
M. Michael Oelgemo¨ller Professor, James Cook University, Australia Examinateur
M. Lionel Nicole Maˆıtre de conf´erence `a l’U.P.M.C Examinateur
Mme Esther Oliveros Directeur de recherches au CNRS Pr´esident
M. Thierry Pigot Maˆıtre de conf´erences `a l’U.P.P.A co-Encadrant
- 2009 -
2
Remerciements
Il est d’usage avant d’ajouter un point final a` son manuscrit de the`se de remercier toutes les personnes qui
ontparticipe´ depre`soudeloinaubonde´roulementdesontravail.Cesquelqueslignesleursontde´die´es.
Jetienstoutd’aborda` remercierM.OlivierDonard,directeurdel’InstitutPluridisciplinairesurl’Environ-
nementetlesMate´riaux,dem’avoiraccueilliauseindesonlaboratoire.
Je remercie les membres du jury pour avoir accepte´ de juger ce travail, et en particuliers messieurs Jean-
PierreDesvergnesetAhmadMehdiquiontassume´ lachargederapportercemanuscrit.Leursremarquestre`s
pertinentesainsiqueleursencouragementsmeserontcertainementutilea` l’avenir.
me
Je remercie e´galement M Esther Oliveros et M. Michael Oelgemoller pour leurs critiques constructives
me
concernantcetravail.Enfin,jesouhaiteexprimera` traverscesquelqueslignestoutemagratitudesenversM
SylvieBlancquiasumefaireprofiterdetoutescesconnaissancesspectroscopiquesainsiqueM.LionelNicole
pourtoutesonaideetlabonnehumeurdontilafaitpreuvelorsdemesdiffe´rentsse´joursa` l’Universite´ Pierre
etMarieCurie.
me
JeremercieM DanielleGonbeauetM.JoachimAllouchepourm’avoirpermisdede´couvrirleLaboratoire
de Chimie de la Matie`re Condense´e dirige´ par M. Cle´ment Sanchez envers qui je souhaite exprimer toute ma
gratitudepourm’avoiraccueillidanssonlaboratoire.
me
Jetiensa`remercierM SylvieLacombe,directeurdethe`se,etM.ThierryPigot,co-encadrant,pourm’avoir
offert l’opportunite´ de poursuivre ma recherche scientifique graˆce a` un financement de la Re´gion Aquitaine. Je
leur suis reconnaissant pour toute la patience dont ils ont fait preuve au cours de ces trois anne´es face a` mon
esprit de´sordonne´. Cette qualite´ leur a souvent permis de recadrer ce travail et de lui donner une cohe´rence.
i
Cependantjetiense´galementa` lesremercierpourm’avoirfaitconfianceetdonne´ unecertaineliberte´,meper-
mettantd’explorerplusieuresvoiessurcesujetpassionnant.
Je voudrais remercier tous les membres du laboratoire avec qui j’ai eu l’occasion de travailler de pre`s ou de
loinpendantlathe`se.
Tout d’abord Maryse et Christophe, qui m’ont permis de lancer le sujet et qui m’ont fait de´couvrir le labora-
toire et son fonctionnement dans la joie et la bonne humeur. Eddy notre ce´le`bre verrier, travailleur de l’ombre
indispensable.SansoublierRossBrownpoursesconseilsavise´setsonhumoursobritish.
Je tiens a` remercier Jany et Patricia pour leur aide tre`s pre´cieuse au cours de mes diffe´rentes missions ainsi
quedansmespassagesdecommandes,quecesoitpourlesproduitschimiquesetsurtoutpourlesbouteillesde
gazquinousaurontdonne´ beaucoupdemal!!
Je souhaite e´galement remercier Patrick qui de par son poste d’ACMO m’aura beaucoup aide´ dans la
re´solutiondenombreuxproble`mes(encorelesgaz!!).
Comme chacun sait, une the`se est un long labeur, elle ne´cessite par conse´quent un soutien moral lors des
pe´riodes de doute. Il est toujours bon dans ces moments la` de pouvoir partager ses angoisses, de discuter au
sujet de mauvaises expe´riences ou tout simplement de partager un moment de rigolade en e´voquant le nom de
Don Fry. Pour tous ces moments je tiens a` remercier mes camarades de bureau, plus connus sous le nom de
bisounours : Malgorzata, Martine, Raed (pour tous ces conseils et ses fous rires), Vincent sans oublier PAC
dont les conversations sont toujours aussi enrichissantes, ainsi que les compe`res du jeudi soir : Pat, He´le`ne,
r
Peyo,lelandais,Erwan,Thomasetbiene´videmmentles”branle-manette ”PierreetRe´mi.
Pour finir je souhaiterais finir ces remerciements par une pense´e pour mes amis imaginaires qui m’ont fait
passermalgre´ euxdetre`sbonmomentstoutaulongdecestroisans,Gus,Luffy,Buckethead,Merci!
”Oncommencea` vieillirquandonfinitd’apprendre”
ii
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TABLE DES MATIERES
I Introduction : La silice dans tous ses ´etats 5
1 Hybrides photoactifs `a base de silice 7
1.1 Propri´et´es de la matrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Propri´et´es fonctionnelles et applications des mat´eriaux hybrides . . . . . 11
2 Rappels photocatalyse/photosensibilisation 21
2.1 La photocatalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 La photosensibilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Les PSA conventionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4 Les PSA utilis´es dans cette ´etude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
II X´erogels massiques : les monolithes 51
3 Les approches possibles : SG , SG , SG 55
0 1 2
3.1 L’encapsulation – Mat´eriaux SG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
0
3.2 D´eriv´es silyl´es du PSA : Mat´eriaux SG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2
3.3 Le post-greffage ou comment r´ealiser un mat´eriau recyclable simplement
– Mat´eriaux SG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
1
3.4 Quantification des sensibilisateurs dans les mat´eriaux SG . . . . . . . . 64
1
3.5 Nomenclature des diff´erents monolithes utilis´es . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 Caract´erisations 69
iii
Table des mati`eres
´
4.1 Etude de la porosit´e de la matrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2 Caract´erisation spectroscopique des x´erogels . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5 Propri´et´es de photo-oxydation 105
5.1 L’oxydation photosensibilis´ee du DMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.2 M´ethodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3 Monolithes contenant le DBTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.4 Monolithes contenant les acridines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.5 Monolithes contenant la ph´enazine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.6 Bilan des propri´et´es photo-oxydantes des x´erogels . . . . . . . . . . . . . 126
6 Partie exp´erimentale 129
6.1 Synth`ese des diff´erentes mol´ecules utilis´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 Synth`ese des x´erogels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3 Greffages des PSA sur les x´erogels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6.4 Cellule de diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
III Les films minces de silice m´esoporeux 143
7 Rappels bibliographiques sur les films minces 147
« »
7.1 Autres m´ethodes d’´elaboration de films minces : la voie sol-gel . . . . 148
7.2 Films minces m´esostructur´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
7.3 Films de silice m´esoporeux hybrides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8 Films m´esoporeux nanostructur´es fonctionnalis´es transparents 161
8.1 Synth`ese des films hybrides m´esostructur´es . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8.2 Caract´erisation structurale des films m´esoporeux . . . . . . . . . . . . . . 163
8.3 Caract´erisation spectroscopique des films m´esoporeux hybrides . . . . . . 168
8.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
9 Propri´et´es photo-oxydantes des films hybrides m´esoporeux 173
9.1 Oxydation du DBS en mode statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
9.2 Oxydation du DMS en mode dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
10 Partie exp´erimentale 181
10.1 Appareillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
10.2 Synth`ese des films minces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
iv
Table des mati`eres
10.3 Tests de photo-oxydation en mode statique . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
IV Conclusion g´en´erale 187
A Spectroscopies ´electroniques 193
A.1 Spectroscopie UV-visible en transmission ou en r´eflexion diffuse . . . . . 193
A.2 Spectroscopie d’´emission et d’excitation de fluorescence . . . . . . . . . . 197
B Surface sp´ecifique et porosit´e : m´ethode BET 199
B.1 Obtention et analyse qualitative des isothermes . . . . . . . . . . . . . . 199
B.2 Exploitation quantitative des r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
C Ellipsoporosim´etrie 207
D Diffraction des rayons X 213
v
Table des mati`eres
vi
Introduction g´en´erale
1