Synthèse et caractérisation de silices poreuses pour une fonctionnalisation par polymérisation plasma

Synthesis and characterization of porous silica for a functionalization by plasma polymerization

• Auteur / Autrice : Huu Nghia Le
• Direction : Bénédicte Lebeau, Magali Bonne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 21/12/2020
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie des surfaces

Matériaux hybrides

Sol-gel, Procédé

Anhydride maléique

Polymérisation sous plasma

Matériaux poreux

Silice

Mots clés libres

Silices poreuses

Monolithes de silice

Procédé sol-gel

Fonctionnalisation de silices

Polymérisation plasma

Matériaux hybrides

Anhydride maléique

Chimie de surface

Porous silicas

Silica monoliths

Sol-gel process

Functionalization of silicas

Plasma polymerization

Hybrid materials

Maleic anhydride

Surface chemistry

Résumé

Cette thèse a pour but de développer une approche innovante, écoresponsable et rapide de fonctionnalisation de silices poreuses - polymérisation à partir d’anhydride maléique (AM) assistée par plasma. Quatre principales tâches : 1) optimisation des conditions opérationnelles du réacteur en interprétant les régimes interdépendants de la polymérisation, 2) étude de la morphogenèse des polymères formés sur substrats Silicium de propriétés de surface différentes, 3) synthèse optimisée et reproductible de monolithes de silice macroporeux, 4) étude approfondie de la fonctionnalisation des monolithes de silice synthétisés. En fait, les paramètres essentiels de la polymérisation ont été déterminés et appliqués pour étudier la morphogénèse de films polymère AM (PPAM) sur des substrats de chimie de surface différente. La dépendance remarquable de la morphogenèse du film PPAM à la nature des interactions des espèces plasmagènes avec la surface du substrat a été révélée. Alors que des films PPAM uniformes et denses ont été obtenus sur substrats hydrophiles, un film nanostructuré original a été obtenu sur substrat hydrophobe. Un protocole de synthèse reproductible de monolithes de silice micro-/macroporeux et méso-/macroporeux stables mécaniquement a été mis au point. Plusieurs phénomènes ont été observés lors de la fonctionnalisation des monolithes synthétisés par la polymérisation plasma : dépôt rapide de films PPAM et adsorption de l’AM via des interactions spécifiques avec la surface de la silice amorphe. Plusieurs techniques de spectroscopie ont permis d’identifier partiellement la structure chimique des films PPAM déposés et d’en évaluer la stabilité temporelle et thermique.

This thesis aims to develop an innovative, eco-responsible and rapid approach of the functionalization of porous silica - polymerization from maleic anhydride (AM) assisted by plasma. Four principal tasks: 1) optimization of the reactor’s operating conditions by interpreting the interdependent regimes occurring during complex polymerization, 2) study of the morphogenesis of polymers formed on silicon-based substrates with different surface properties, 3) optimized and reproducible synthesis of mechanically stable macroporous silica monoliths, 4) in-depth study of the functionalization of the silica monoliths synthesized previously. Indeed, the essential parameters of the polymerization have been determined and applied to study the morphogenesis of AM polymer (PPAM) films on substrates of different surface chemistry. The remarkable dependence of the morphogenesis of the PPAM film on the nature of the interactions of the plasmagene species with the surface of the substrate has been revealed. While uniform and dense PPAM coatings were observed on hydrophilic substrates, an original nanostructured thin film was observed on the hydrophobic substrate. A reproducible synthesis protocol of mechanically stable micro-/macroporous and meso-/macroporous monoliths has been elaborated. Several phenomena have been observed during the functionalization of synthesized monoliths by plasma polymerization: rapid deposition of PPAM films and adsorption of AM via specific interactions with the surface of amorphous silica. Many spectroscopic techniques were conducted to partially identify the chemical structure of the deposited PPAM films and to evaluate their temporal and thermal stability.