Matériaux MOFs dopés avec des métaux pour le stockage d’hydrogène.

Metal doped MOFs for hydrogen storage.

• Auteur / Autrice : Abdelmalek Malouche
• Direction : Claudia Zlotea
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2016
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICMPE - Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chimie Métallurgique des Terres Rares

Mots clés

Mots clés libres

Hybrides poreux de type MOF

Nanoparticules métalliques

Stockage d'hydrogène

Metal-Organic-Frameworks

Metal nanoparticles

Hydrogen storage

Résumé

Les matériaux poreux Metal-Organic-Frameworks (MOFs) sont actuellement étudiés pour leurs propriétés intéressantes dans des nombreuses applications telles que, le stockage et la séparation des gaz, la catalyse, le transport des médicaments.1 Avec leur surface spécifique et volume nanoporeux importants, les MOFs constituent une classe très prometteuse des matériaux pour le stockage solide de l'hydrogène. Néanmoins, ces solides ont des capacités importantes d'adsorption uniquement à basse température (77 K) due à la faible interaction mise en jeux (3-6 kJ/mol H2). Afin d'augmenter l'énergie d'adsorption (typiquement vers 15-20 kJ/mol H2) et pouvoir augmenter les capacités à la température ambiante, nous avons choisi une voie originale et peu explorée qui consiste à insérer des nanoparticules métalliques dans les nanopores des MOFs. La combinaison à l’échelle nanométrique entre les solides MOF et des nano-objets métalliques est une nouvelle approche qui devrait nous conduire à la découverte des matériaux très innovants.2 La première étape consiste en la synthèse des différents MOFs avec des surfaces spécifiques et volume poreux importants par le partenaire roumain. Ensuite, nous allons insérer des nanoparticules métalliques (métaux nobles, métaux de transition, Mg ...) dans la porosité de MOFs pour former des composites de type métal@MOFs. Les caractérisations des propriétés structurales, morphologiques et texturales des composites seront abordées ainsi que la compréhension de leurs relations intrinsèques. L'interaction des composites avec l'hydrogène H2 sera systématiquement caractérisée grâce aux nombreuses techniques expérimentales disponibles à l'ICMPE ainsi qu'aux grands instruments (synchrotron). Cette étude sera menée en étroite collaboration avec le partenaire roumain.

Porous Metal-Organic-Frameworks (MOFs) are very promising materials for a wide range of applications from gas storage and separation, catalysis to drug delivery.1 Due to their high surface area and porous volume MOFs are a very important class of materials for solid-state hydrogen storage. However, these solids have high hydrogen adsorption capacities only at cryogenic temperatures (77 K) because of the weak interaction involved between H2 molecules and MOFs (3-6 kJ/mol H2). One original method to increase the energy of adsorption (typically to 15-20 kJ/mol H2) and therefore to enhance the hydrogen storage capacities at room temperature is to insert metal nanoparticles inside the nanopores of MOFs. The combination at nanoscale of nanoporous MOF solids and metal clusters is a new approach that shows promise for the discovery of innovating materials.2 The first step is the synthesis of different MOFs with high surface area and porous volumes in collaboration with the Romanian partner. Then, we will insert metal nanoparticles within the nanopores of host MOFs in order to form composite materials metal@MOF. The structural, chemical, textural and morphological properties of composites will be determined along with their intrinsic relationship. The interaction with hydrogen gas will be systematically studied by the use of numerous experimental techniques available at ICMPE as well as at large scale facilities (synchrotron). This study will be conducted in close collaboration with the Romanian partner of the project.