JEAN-LUC PILOTE FONCTIONNALISATION METALLIQUE DE

JEAN-LUC PILOTE
FONCTIONNALISATION METALLIQUE DE NANOFIBRES DE GEL DE
SILICE
Mémoire présenté
à la faculté des études supérieures de l'Université Laval
dans le cadre du programme de maîtrise en chimie
pour l'obtention du grade de maître es sciences (M. Se.)
DEPARTEMENT DE CHIMIE
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
Avril 2008
© Jean-Luc Pilote, 2008

RÉSUMÉ
Les nanofibres de gel de silice sont un matériau récemment découvert
dont les applications techniques n'ont pas été encore explorées. La
dimension des pores, de l'ordre du nanomètre, ainsi que la grande
surface spécifique font de ces nanofibres un matériau de choix
intéressant comme support catalytique.
Le présent projet de maîtrise a permis d'approfondir les connaissances
et la réactivité des nanofibres dans le domaine de l'imprégnation de
métaux de transition. Il a été possible de déposer, de façon ferme et
permanente, des métaux à potentiel catalytique tels que l'argent, le
cuivre et le fer. Il a aussi été démontré que ces nanofibres
fonctionnalisées avec des métaux catalysent l'oxydation du monoxyde
de carbone en dioxyde de carbone.
Les nanofibres de gel de silice ont été imprégnées de métaux de
transition selon deux méthodes : l'imprégnation aqueuse et
l'imprégnation gazeuse. Les produits imprégnés ont été analysés à l'aide
de diverses techniques et le mécanisme de fixation du fer a fait l'objet
d'une étude plus poussée.
il

AVANT-PROPOS
Je remercie en premier mon directeur de recherche M. Claude
Barbeau pour sa supervision et la grande liberté octroyée lors de la
réalisation de se projet. Je tiens également à remercier M. Jean-Eudes
Côté pour son support technique et ses judicieux conseils.
Je désire aussi remercier M. Louis Marcoux, un collaborateur et ami
de grande valeur pour sa collaboration lors de mon projet de maîtrise.
Je tiens également à remercier M. Jean-Luc Lemyre et M. Jonathan
Bernier pour leur contribution au commencement du projet.
En terminant, je tiens à remercier mes parents qui m'ont soutenu, tant
de façon morale que financière, tout au long de ce projet.
m

TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION VI
CHAPITRE 1 IMPRÉGNATION MÉTALLIQUE PAR VOIE AQUEUSE3
1-1 NANOFIBRES DE GEL DE SILICE 3
1-1-1 Origine des nanofibres de gel de silice 3
1-1-2 Production des nanofibres 5
1-1-3 Propriétés des nanofibres 6
1-2 IMPRÉGNATION PAR VOIE AQUEUSE 7
1-3 ESSAIS D'IMPRÉGNATION D'IONS MÉTALLIQUES 8
1-4 CARACTERISATION DES PRODUITS D'IMPRÉGNATION AQUEUSE 9
1-4-1 Analyse élémentaire 9
1-4-2 Analyse structurale 11
1-4-3 Analyse morphologique 12
1-4-4 Conclusion 14
CHAPITRE 2 IMPRÉGNATION MÉTALLIQUE PAR VOIE GAZEUSE16
2-1 PENTACARBONYLE DE FER 16
2-2 ESSAI D'IMPRÉGNATION ..17
2-2-1 Montages expérimentaux 18
2-2-2 Montage pour production 21
2-2-3 Montages pour étude 22
2-2-4 Conclusion 26
2-3 CARACTERISATION DES NANOFIBRES IMPRÉGNÉES DE FER 27
2-3-1 Analyse élémentaire 27
2-3-2 Analyse structurale 27
2-3-3 Analyse morphologique 30
2-4 CONCLUSION 32
IV

CHAPITRE 3 POTENTIEL CATALYTIQUE DES NANOFIBRES
FONCTIONNALISÉES 34
3-1 TESTS CATALYTIQUES 34
3-2 RÉSULTATS DES TEST CATALYTIQUES 36
3-2-1 Nanofibres imprégnées de fer. 36
3-2-2 Nanofibres imprégnées de cuivre 42
3-2-3 Nanofibres imprégnées d'argent 42
3-2-4 Nanofibres sans imprégnation 43
3-3 DISCUSSION 43
3-4 CONCLUSION 45
CONCLUSION 46
RÉFÉRENCES 49
V