Étude structurale par diffraction, absorption des rayons X et simulations Monte-Carlo de matériaux zéolithiques

par Elena Borissenko

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Mohamed Souhassou et de Florence Porcher.

Soutenue le 25-11-2008

à Nancy 1 , dans le cadre de EMMA , en partenariat avec Laboratoire de Cristallographie et Modélisation des Matériaux Minéraux et Biologiques (laboratoire) .

Le président du jury était Michel François.

Le jury était composé de Mohamed Souhassou, Florence Porcher, Michel François, Anne Boutin, Angélique Simon-Masseron, Éric Dooryhée, Claude Lecomte.

Les rapporteurs étaient Anne Boutin, Angélique Simon-Masseron.


  • Résumé

    Les composites organiques-inorganiques avec la zéolithe comme matrice hôte sont de plus en plus étudiés dans le but de concevoir des matériaux multifonctionnels conjuguant les propriétés de la molécule organique et celle de la zéolithe (ex. : élaboration de commutateurs magnétiques/optiques, doubleurs de fréquence). Les propriétés macroscopiques recherchées (SHG, transition de spin) dépendent des interactions entre les espèces organiques invitées et la zéolithe (charpente, cations compensateurs de charge), qui sont encore mal connue, en particulier en raison de l'absence de structures cristallographiques précises. Cette thèse s'est intéressée à deux types de composites principalement : (Co2+(bpy)3-zéolithe X) réputé présenter une transition de spin en température et dmpNA-MORdénite), à propriété potentielle de génération de second harmonique. Dans l’étude du composite magnétique, nous nous sommes particulièrement penché sur l'évolution de la structure de la zéolithe précurseur Na,Co-X dans différents état d’hydratation. Des études complémentaires par diffraction des rayons X sur monocristal, EXAFS et simulations Monte-Carlo ont mis en évidence la forte interaction entre cations cobalt et charpente aluminosilicatée ainsi que la migration des cations Co2+ accompagnant l'hydratation progressive de la zéolithe Na,Co-X. L’étude structurale du composite dmpNA-mordénite par diffraction des rayons X sur poudre (synchrotron SPring-8, Japon) a montré que les canaux droits de la mordénite sont presque totalement occupés par les molécules de dmpNA, qui adoptent un empilement quasi linéaire favorable à la Génération de Seconde Harmonique.

  • Titre traduit

    Structural study of zeolite materials by X-ray diffraction and absorption, and Monte-Carlo simulations


  • Résumé

    The organic-inorganic composites with zeolite as host matrix are mostly studied to produce performing materials for non-linear optics, optoelectronics, optical/magnetic memories. The performances of these new materials are driven by the coupling between the guest and host properties, in particular, by the molecularframework, molecular-cation interactions. Actually, only few accurate crystallographic structures of such composite are available in literature, so the guest-host interactions are still little known. In this work, I’m interested in the crystallographic structures of two composites: temperature induced spin crossover Co2+(bpy)3-zeolite X and dmpNA-mordenite that have to produce the Second Harmonic Generation signal. In the case of magnetic composite, I have particularly studied the composite precursor, zeolite Na,Co-X, in the different hydration states in order to follow an insight on structural modifications induced by water molecules desorption. Because of desorder, the structural studies are difficult. Nevertheless, the complementarities of the experimental (X-ray Diffraction and Absorption) and simulations (Monte-Carlo) approaches were fruitful to obtain the accurate partially/completely hydrated and dehydrated structures. These structures clearly show the cell volume contraction and cation migrations over dehydration that where caused by the strong cobalt –framework interactions. The crystal structure of dmpNA-mordenite has been determined from high resolution synchrotron powder diffraction and showed that zeolite straight channels are completely loaded with dmpNA molecules with a moderate tilt angle relative to the channel axe which is favourable to frequency doubling signal.


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