Apport de la spectroscopie infra-rouge in situ à l'étude des réactions de complexation à l'interface solide/solution

par Athenaïs Davantes

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Grégory Lefèvre.

Soutenue le 22-09-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris (laboratoire) .

Le jury était composé de Corinne Chaneac, R. Barillon, F. Maugé, C. Chizallet, Dominique Costa.


  • Résumé

    Notre étude porte sur l’identification des mécanismes de sorption des ions (poly)molybdate et (poly)tungstate sur différents substrats : les hydroxydes doubles lamellaires (LDH) et les (hydr)oxydes de fer (hématite, goethite, akaganéite et lépidocrocite). La spectroscopie infrarouge en réflexion totale atténuée (ATR-FTIR) est l’une des rares méthodes à permettre l’analyse in situ et l’observation des phénomènes de sorption en temps réel directement sur les surfaces. Il est ainsi possible d’obtenir des informations sur la spéciation de surface et de connaitre la géométrie des espèces adsorbées (monodentate, bidentate, polymère, …). Nous avons ainsi pu déterminer la différence de réactivité entre les différents matériaux lors de la sorption. Un échange d’ion (sphère externe) impliquant les anions polyoxométalate a lieu avec les hydroxydes doubles lamellaires tandis que des complexes de sphère interne ont été observés sur les oxydes de fer, avec des géométries différentes selon la structure de surface du solide. Cette étude expérimentale a été complétée par différents calculs de spectres vibrationnels, réalisé par DFT ab initio, qui ont confirmé la géométrie de surface des espèces adsorbées observées par infra-rouge.

  • Titre traduit

    Contribution of in situ infrared spectroscopy to the study of complexation reactions at the solid/liquid interface


  • Résumé

    Our study focuses on the identification of (poly)molybdate and (poly)tungstate ions sorption mechanisms on various substrates : layered double hydroxides (LDH) and iron (hydr)oxide (hematite, goethite, akaganeite and lepidocrocite). Attenuated total reflection infrared spectroscopy (ATR-FTIR) is one of the few methods that allow in situ analysis and observation of sorption mechanisms in real time directly on surfaces. Thus, information on surface speciation and the geometry of the sorbed species (monodentate, bidentate, polyanion, …) can be obtained. We were able to determine the reactivity differences between the materials during the sorption. Ion exchange (outer sphere) with polyoxometalate takes place within layered double hydroxides, while inner sphere complexes were observed on iron (hydr)oxides, with different geometries according to the structure of the solid surface. The experimental study was supported by vibrational calculations by ab initio DFT, which confirmed the surface geometry of the absorbed species observed by infrared spectroscopy.


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