MOHAMED ACHREF BEN NJMA

MOHAMED ACHREF BEN NJMA

Poste Actuel 

Doctorant - Equipe 3

    Titre de la thèse (2015-2018)

    "Étude de l’activité de nouveaux nanomatériaux hybrides métal / hydroxydes de fer pour applications en catalyse chimique et électrochimique."

    Résumé 

    Le but de ce projet de thèse est de mieux comprendre et d’optimiser la réactivité chimique de nouveaux nanomatériaux hybrides métal / hydroxydes de fer pour des applications en catalyse chimique et électrochimique.

    Les nanomatériaux hybrides incorporant des nanoparticules métalliques (Au, Ag, Pt) présentent des propriétés physico-chimiques remarquables, qui les rendent très intéressants pour des applications nécessitant une importante réactivité chimique ou électrochimique. Ces nouveaux nanomatériaux hybrides de type métal / hydroxyde de fer sont obtenus à partir d’une nouvelle voie de synthèse « propre », rapide et très simple que nous avons développée au laboratoire et qui consiste à utiliser, en milieu aqueux, une particule inorganique réactive contenant du FeII (rouilles vertes, hydroxycarbonate ferreux) comme un micro-réacteur pour la réduction/précipitation des nanoparticules métalliques (Au, Ag, Pt), couplée à l’oxydation à l’état solide du FeII en FeIII de la partie inorganique [1]. Les nanohybrides obtenus conservent la morphologie plate des particules de précurseurs FeII et supportent plusieurs nanoparticules métalliques dont les tailles et charges métalliques peuvent être modulées (diamètre mini ~10 nm et fraction massique maxi ~40%) [2, 3].

    Dans la thèse de S. Ayadi [4], il a été montré que ces nanohybrides, déposés sur une électrode d’acier inox à l’aide d’une encre carbone, catalysent la réaction de réduction du péroxyde d’hydrogène H2O2, et permettent de construire des capteurs ampérométriques de cet analyte. De même, une étude de la catalyse chimique de la réduction du 4-Nitrophénol par le borohydrure a également été menée et a conclu à une activité très importantes de ces nanohybrides, avec pour certains des constantes de vitesses de réaction jusqu’à deux fois supérieures aux meilleures valeurs reportées dans la littérature.

    Pour ces deux applications de catalyse chimique ou électrochimique, une influence de la matrice inorganique par le biais de systèmes rédox FeIII/FeII à l’état solide, est suspectée, et des études complémentaires sont nécessaires pour quantifier cette intervention. Un autre axe concerne l’optimisation du fonctionnement de ces nanohybrides par (i) l’amélioration de l’accessibilité des nanoparticules métalliques dans les couches électrocatalytiques (formulation nanohybride/encre carbone/additifs, dépôt par électrophorèse), (ii) une meilleure conductivité en modifiant la matrice inorganique (formation de magnétite conductrice électronique), (iii) une possibilité de contrôle magnétique des suspensions.

    Dans le présent projet de thèse, le(la) candidat(e) utilisera dans un premier temps les protocoles de synthèse déjà développés au laboratoire, ce qui lui permettra de se familiariser avec ces nanomatériaux hybrides métal / hydroxydes de fer et les moyens de les caractériser. Les études sur la réduction électrocatalytique du peroxyde d’hydrogène et sur la réduction catalytique du 4-nitrophénol seront reprises et complétées par des expériences ciblées permettant de statuer sur le rôle du fer de la matrice inorganique dans les processus de catalyse rédox, en précisant notamment les transferts d’électrons et les conversions rédox au sein du nanohybride.

    Une autre partie du travail consistera à développer des nanohybrides incorporant une partie magnétique constituée de magnétite Fe3O4. On cherchera de préférence à la former au cours de la synthèse du nanohybride par conversion partielle ou totale du précurseur inorganique FeII (effet de pH ou de température), mais on pourra également envisager de réaliser la synthèse des nanohybrides métal / hydroxydes de fer à la surface de particules de magnétite introduites au préalable dans le milieu de synthèse. Ces nanohybrides magnétiques seront étudiés pour les applications mentionnées ci-dessus et leur utilisation pourra être étendue à d’autres systèmes d’intérêt environnemental (dépollution, biopiles) ou analytique (bio-capteurs).

    1. Legrand, L.; Mazerolles, L.; Chaussé, A. Geochim. Cosmochim. Acta 2004, 68, 3497
    2. Ayadi, S.; Perca, C.; Legrand, L. Nanoscale Res. Lett. 2013, 8, 95
    3. Ayadi, S.; Legrand, L. Mater. Res. Bull. 2014, 60, 498
    4. Ayadi Sondra, thèse de doctorat, université Evry Val d’Essonne, 2015.

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