Étude computationnelle des MOF pour une capture efficace du carbone

par Aseem Kshirsagar

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Marc de Boissieu.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (laboratoire) depuis le 30-06-2017 .


  • Résumé

    Les cadres organiques-organiques (MOF) sont des polymères de coordination composés par des molécules organiques, appelés ligands ou linker, qui relient un centre métallique formant un matériau 3D poreux. Le but de ce projet de doctorat est de concevoir de nouvelles familles de MOF dont la haute affinité pour le CO2 peut être modifiée sous traitement léger ou à haute température, de sorte que l'adsorption et la désorption sont effectuées chacune dans les conditions les plus appropriées. L'idée est que la chaleur élevée de l'adsorption permettra une absorption importante, tandis que l'affinité inférieure pour le CO2 lors d'un traitement à la lumière ou à la température permettra une énergie de régénération plus faible et donc une pénalité énergétique plus faible. Le travail impliquera la compréhension du mécanisme par lequel les matériaux photoactifs synthétisés expérimentalement composés de cadres métalliques-organiques fonctionnalisés azo-benzène sont capables d'adsorber sélectivement certains gaz, en particulier le CO2 sur N2. Cela impliquera l'étude de la thermodynamique de l'absorption de gaz ainsi que l'étude du mécanisme d'isomérisation de la molécule sensible à la lumière attaché au MOF. En raison de la mauvaise performance de ces matériaux déjà synthétisés, l'étudiant cherchera à prédire la façon dont ceux-ci devraient être modifiés afin d'améliorer l'efficacité du processus de séparation. Une autre partie importante du projet impliquera l'étude des MOF de croisement de spin dans le but de concevoir des matériaux dont l'affinité pour le CO2 (choix des noeuds et ligands métalliques) et les propriétés de la transition de spin croisé (température, hystérésis) en font un bon candidat Pour des matériaux efficaces de capture de carbone.

  • Titre traduit

    Computational study of MOFs for an efficient carbon capture


  • Résumé

    Metal-organic frameworks (MOFs) are coordination polymers composed by organic molecules, called ligands or linker, that connect metallic center forming a 3D porous materials. The aim of this PhD project is to design novel families of MOFs whose high affinity for CO2 can be modified under light treatment or high temperature, so that adsorption and desorption are performed each at the most convenient conditions. The idea is that the high heat of adsorption will allow for a large uptake, while the lower affinity for CO2 upon light or temperature treatment will allow for a lower regeneration energy and therefore a lower energy penalty. The work will involve the understanding of the mechanism by which experimentally synthesized photoactive materials composed by azo-benzene functionalized metal-organic frameworks are capable to selectively adsorb certain gases, in particular CO2 over N2 . This will involve the study of the thermodynamics of gas uptake as well as the study of the isomerization mechanism of the light sensitive molecule attached to the MOF. Due to the poor performance of these already-synthesized materials, the student will seek to predict how these should be modified in order to enhance the efficiency of the separation process. Another important part of the project will involve the study of spin crossover MOFs with the goal of computationally designing materials whose affinity for CO2 (choice of metallic nodes and ligands) and the properties of the spin crossover transition (temperature, hysteresis) make them good candidate for efficient carbon capture materials.