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Recherche Mesini

Nanotubes auto-assemblés

Nous avons développé une série d’organogélateurs diamides aromatiques (Fig 1). La structure des gels formés par ces composes a été étudiée à l’échelle microscopique par des techniques maîtrisées au sein de notre groupe, en particulier par cryofracture et par diffusion du rayonnement aux petits angles [1]. Le but de ces études a été d’identifier les paramètres moléculaires qui gouvernent l’auto-assemblage ; la synthèse d’analogues a été largement utilisée pour faire varier ces paramètres afin de contrôler la taille et la forme de ces auto-assemblages. Cette approche a été fructueuse et nous a permis d’obtenir des lamelles, des rubans et même des nanotubes, au sein de la même famille de gélateurs.

Figure 1 : gauche structures de la série de BHPBn. La longueur de la chaîne ester permet le contrôle de la forme de l’auto-assemblage. Par exemple, n = 10 donne des nanotubes (voir figure ci-dessous). droite : nanotube de diamide BHPB10 auto-assemblé. (MET cryofracture

Ainsi, avec BHPB-10 nous avons obtenu des nanotubes de 30 nm de diamètre et de plusieurs microns de long dans des solvants apolaires (Fig. 1) [2]. Nous avons récemment utilisé ces nano-objets comme gabarits pour former des mésopores larges par un procédé de “moulage”[3] : les tubes sont formés dans un mélange monomère/réticulant, ce qui donne dans un premier temps un gel thermoréversible. La photopolymérisation de ce gel produit une résine contenant les nanotubes. Ces derniers sont extraits à l’aide d’un solvant dissociant, ce qui laisse à leur place des pores cylindriques vides (Fig. 2).

Figure 2 : Strategie utilisée pour former des résines mésoporeuses à partir de nanotubes auto-assemblés.

La morphologie et la taille des pores sont très proches de celles des tubes utilisés comme gabarits, comme cela est démontré par TEM (Fig. 3gauche) et par porosimétrie. La même stratégie nous a permis également d’obtenir des pores hélicoïdaux dans les résines (Fig.3 droite). Un traitement basique de la résine mésoporeuse peut être utilisée pour fonctionnaliser les pores [4]. Le matériau résultant a été testé comme catalyseur pour une réaction modèle et montre une activité semblable à celle de silice mésoporeuses substituées alcalines.

Figure 3 :TEM de microsections de résinés : gauche : résine mésoporeuse synthétisée avec du BHPB10 comme gabarit. droite : mésopores hélicoïdaux obtenus avec des rubans hélicoïdaux comme gabarits.

Nous fonctionnalisons également ces nanotubes à leur surface, sans altérer la structure tubulaire, afin de les faire réagir par « click-chemistry » [5]. Ces tubes restent assemblés après réaction, même si le produit final ne se ré-assemble pas en nanotube. Nous exploitons cette propriété pour faire des aérogel réactifs par séchage supercritique et la possibilité d’utiliser ces matériaux comme support de catalyse.

[1] Schmidt, R. ; Schmutz, M. ; Mathis, A. ; Decher, G. ; Rawiso, M. ; Mesini, P. J., Langmuir 2002,18, 7167-7173.http://dx.doi.org/10.1021/la0256578
[2] Diaz, N. ; Simon, F. X. ; Schmutz, M. ; Rawiso, M. ; Decher, G. ; Jestin, J. ; Mésini, P. J., Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2005,44, 3260-3264.http://dx.doi.org/10.1002/anie.200500536
[3] Simon, F. X. ; Khelfallah, N. S. ; Schmutz, M. ; Diaz, N. ; Mesini, P. J., J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 3788-3789.http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja067261e
[4] Nguyen, T.-T.-T. ; Simon, F.-X. ; Khelfallah, N. S. ; Schmutz, M. ; Mesini, P. J., J. Mater. Chem. 2010, 20, 3831-3833.http://dx.doi.org/10.1039/c000534g
[5] Nguyen, T.-T.-T. ; Simon, F.-X. ; Schmutz, M. ; Mésini, P. J., Chem. Commun. 2009, 3457-3459.http://dx.doi.org/10.1039/b903797g

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