Simulation moléculaire multi-échelles de l'adsorption de fluides dans les matériaux nanoporeux flexibles

par Guillaume Fraux

Thèse de doctorat en Chimie Physique

Sous la direction de François-Xavier Coudert.

Le président du jury était Caroline Mellot-Draznieks.

Le jury était composé de Alain Fuchs, Paul Fleurat-Lessard, Renaud Denoyel.


  • Résumé

    Les matériaux nanoporeux forment une classe de matériaux riche, où l'on trouve des composés aussi divers que les zéolites, les argiles, les MOF (Metal-Organic Frameworks, matériaux à charpente organométallique), etc. Ces matériaux sont traditionnellement utilisés pour leur grande capacité d'adsorption de gaz et de liquides, ainsi qu'en catalyse hétérogène. Ils présentent une grande diversité de comportements thermomécaniques. Parmi les régimes de réponse aux variations de température et de pression, on peut mentionner l'expansion thermique négative, la compressibilité linéaire négative, l'auxéticité … L'adsorption dans ces matériaux nanoporeux flexibles est couplée à une déformation de leur charpente, et plus généralement à une modification de leurs propriétés mécaniques. Les études de ce couplage adsorption-déformation sont très récentes, car elles sont complexes à mettre en œuvre tant d'un point de vue expérimental que théorique. Le but de cette thèse est de développer et appliquer des méthodes de simulation moléculaire innovantes à l'intrusion de liquide sous haute pression dans les matériaux nanoporeux flexibles. Ces résultats permettront d'améliorer le design et la fonctionnalisation des matériaux nanoporeux pour les applications de stockage d'énergie et l'absorption de chocs, par une meilleure compréhension à l'échelle microscopique de l'influence de la flexibilité sur l'intrusion.

  • Titre traduit

    Molecular simulation of fluid adsorption in flexible nanoporous materials at multiple scales


  • Résumé

    Nanoporous materials are a very rich family of materials, where one can find compounds as diverse as zeolites, clays, MOFs (Metal-Organic Frameworks), etc. These materials are traditionally used for there very high adsorption capacity of gaz; as well as in heterogeneous catalysis. They present a wide variety of thermomechanical behavior: amongst other one can mention negative thermal expansion, negative linear compressibility, auxeticity, ... Adsorption in these flexible porous crystal is coupled to a framework deformation, and more generally to a modification of they mechanical properties. Studies of this adsorption-deformation coupling are hard to carry from both an experimental and a theoretical point of view. The goal of this thesis is to develop and apply innovative molecular simulation methods to the study of intrusion of liquids under high pressure in flexible porous crystals. These results will allow to improve the design and functionality of nanoporous materials with applications in energy storage or shocks adsorption, by improving the understanding of the influence of flexibility on intrusion at a microscopic scale.


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