Propriétés de surface de synthèse nanoporeux carbone et silice Matrices

En 1992, des matériaux nanoporeux ordonnée silice ont été obtenus pour la première fois, à l’aide d’un modèle biologique ; Depuis lors, un grand nombre de publications liées à différents aspects de ces structures, les méthodes de synthèse, l’étude de leurs propriétés, leurs modifications, et différentes applications ont été publiés dans la littérature^{1,2 ,3}. L’intérêt de SBA-15 nanoporeux silice matrice⁴ est en raison de leur qualité unique : une grande surface, large pores avec une répartition porométrique uniforme et de bonnes propriétés chimiques et mécaniques. Matériaux de silice nanoporeux avec pores cylindriques, tels que SBA-15⁵, sont souvent utilisés comme une matrice poreuse pour catalyseurs car ils sont des catalyseurs efficaces dans les réactions organiques^6,7. Le matériel peut être synthétisé avec un large éventail de méthodes qui peuvent influencer leurs caractéristiques^8,9,10. Par conséquent, il est essentiel d’optimiser ces méthodes pour des applications potentielles dans de nombreux domaines : des dispositifs électrochimiques, nanotechnologie, biologie et médecine, drug delivery systems, ou en adhérence et en tribologie. Dans la présente étude, deux types de structures nanoporeux sont présentées, à savoir carbone et silice poreuses matrices. Pour comparer leurs propriétés, la matrice de SBA-15 est synthétisée à l’aide de la méthode sol-gel, et le matériau de carbone nanoporeux ordonnée est préparé par l’imprégnation de la matrice résultante de silice avec un précurseur de carbone.

Matériaux poreux carbone sont importantes dans de nombreux appareils en raison de leur grande surface et leurs propriétés physico-chimiques uniques et bien défini^6,11,12. Préparation typique se traduit par des matériaux ayant une porosité distribuée aléatoirement et une structure désordonnée ; Il y a aussi une possibilité limitée pour que la modification des paramètres généraux pore, et ainsi, des structures avec des distributions de taille relativement larges pores sont obtenus¹³. Cette possibilité est élargie pour les matériaux nanoporeux carbone grande surfaces et commander des systèmes de nanopores. Plus prédit géométrie et plus de contrôle des processus physico-chimiques à l’intérieur de l’espace interstitiel est importante dans de nombreuses applications : comme catalyseurs, systèmes de séparation de médias, matériaux de pointe électroniques et nanoréacteurs dans de nombreux domaines scientifiques^{14 , 15}.

Pour obtenir les répliques de carbone poreux, les silicates ordonnées peuvent agir comme une matrice solide auquel précurseurs de carbone sont introduits directement. La méthode peut être divisée en plusieurs étapes : la sélection du matériau de silice ordonnée ; la déposition d’un précurseur de carbone dans une matrice de silice ; carbonisation ; Ensuite, la suppression de la matrice de silice. Beaucoup de différents types de matières carbonées peut être obtenus par cette méthode, mais pas de tous les matériaux non poreux ont une structure ordonnée. Un élément important du processus est la sélection d’une matrice appropriée dont nanopores doivent former une structure tridimensionnelle stable¹⁶.

Dans ce travail, on étudie l’influence du type de murs de pore sur les propriétés de surface des matrices nanoporeux synthétisées. Les propriétés de surface du matériau de la MOC sont reflétées par les propriétés de surface de la silice analogique (SBA-15) de l’OMC. Les propriétés texturales et structurelles des deux types de matériaux (MOC et SBA-15) sont caractérisées par des mesures d’adsorption/désorption de₂ basse température N (à 77 K), microscopie électronique à transmission (TEM) et énergie dispersive x-Ray () analyse EDX).

Mesure de gaz basse température sur l’adsorption/désorption est une des techniques plus importants lors de la caractérisation des matériaux poreux. Azote gazeux est utilisé comme un adsorbant en raison de sa grande pureté et la possibilité de créer une interaction forte avec les adsorbants solides. Avantages de cette technique sont l’équipement commercial convivial et des procédures de traitement des données relativement faciles. La détermination des isothermes d’adsorption/désorption azote est basée sur l’accumulation des molécules adsorbé sur la surface de l’adsorbant solide à 77 K dans une large gamme de pression (P/P,₀). La procédure Barrett, Joyner et Halenda (BJH) pour le calcul de la répartition porométrique des isothermes d’adsorption ou de désorption expérimentales est appliquée. Les principales hypothèses de la méthode BJH comprennent une surface plane et une répartition homogène de l’adsorbat sur la surface étudiée. Cependant, cette théorie est basée sur l’équation de Kelvin et il reste la manière la plus largement utilisée pour le calcul de la répartition porométrique dans la gamme mésoporeux.

Pour évaluer le caractère électrochimique des échantillons, on procède par une méthode par titrage potentiométrique. La chimie de surface du matériau dépend de la charge de surface liée à la présence d’hétéroatomes ou groupes fonctionnels sur la surface. Les propriétés de surface sont également étudiées par analyse de l’angle de contact. La mouillabilité à l’intérieur des pores fournit des informations sur les interactions de l’adsorbat adsorbant. On étudie l’influence de la rugosité de la paroi sur la température de fusion de l’eau confinée dans les deux échantillons avec la technique de spectroscopie (DRS) de relaxation diélectrique. Mesures de la constante diélectrique permettent l’étude des phénomènes de fusion comme la polarisabilité du liquide et phase solide est différents les uns des autres. Une variation de la pente de la température de la capacitance montre que la fusion se produit dans le système.