Les activités de recherche de l’axe « Systèmes Interfaciaux – Carbones Fonctionnels » se structurent principalement autour de l’élaboration « Materials by design », sur des questionnements en lien avec les matériaux carbonés fonctionnels en partant de l’élaboration et de la synthèse du matériau (poreux, 2D …), la caractérisation des propriétés structurales et morphologiques jusqu’à son intégration dans des dispositifs pour des applications de dépollution ou de capteurs environnementaux. La modélisation des milieux poreux et la simulation numérique des phénomènes aux interfaces y occupent également une place importante. La force de cet axe est de pouvoir combiner des études fondamentales et applicatives, expérimentales et numériques et de répondre à des défis sociétaux en développant des approches originales et innovantes. La reconnaissance de nos travaux aux niveaux national et international s’appuie sur nos expertises en termes d’élaboration/de synthèse, de caractérisation des matériaux carbonés, de contrôle des propriétés électrochimiques ou de conductivité électrique mais également de modélisation et de la compréhension théorique de phénomènes aux interfaces et plus particulièrement pour les fluides confinés.
Matériaux carbonés, biosourcés, multifonctionnels
L’approche Materials by design (« Matériaux à façon »), telle que définie dans le COP 2019-2023 du CNRS se définit comme une démarche au sein de laquelle les voies d’élaboration et de synthèse des matériaux sont choisies afin d’en maximiser les propriétés.
Dans le cadre de cette approche, et sans que cela ne soit restrictif, cette thématique s’implique fortement en :
– Élaboration/synthèse de matériaux poreux carbonés à texture et chimie de surface contrôlée pour leur mise en œuvre dans des procédés de dépollution de l’eau
– Synthèse de matériaux poreux carbonés à texture hiérarchique et chimie de surface contrôlée pour leur mise en œuvre dans des procédés de capture, séparation et purification de gaz et synthèse de Carbones Quantums Dots (CQDs) pour application optiques.
Un prérequis à l’optimisation de la texture des carbones poreux biosourcés en vue de l’élaboration de nouvelles gammes de matériaux carbonés adsorbants et de leur mise en œuvre dans des procédés de dépollution de l’eau réside dans la bonne compréhension des mécanismes de dégradation de la biomasse.
Phénomènes aux interfaces, milieux poreux et fluides confinés
Au sein de cette thématique, des approches fondamentales, combinant expériences et simulations numériques, permettent d’étudier les phénomènes physiques et chimiques de surface mis en jeu lors du piégeage, du relargage, de la diffusion différentielle ou de la dégradation catalytique des espèces confinées dans des pores. La double approche expérience/numérique permet de mieux comprendre d’une part l’impact de l’organisation multi-échelle des milieux bi-phasiques ou poreux, comme certaines formes de carbones et, d’autre part, les phénomènes physiques induits par le confinement des fluides (adsorption, condensation capillaire, transferts diffusifs de fluides pour les systèmes insaturés, cristallisation…).
Les travaux de recherche portent sur la compréhension des phénomènes physico-chimiques se situant aux interfaces matériaux poreux/fluides confinés en étudiant en particulier :
– des milieux poreux de complexité croissante ;
– des milieux poreux désordonnés ;
– le comportement de fluides dans des systèmes confinés.
Développement de capteurs environnementaux
Les activités de cette thématique sont orientées vers des études fondamentales visant à caractériser, comprendre et contrôler les corrélations structure/propriétés de surfaces de matériaux carbonés principalement, mais aussi de matériaux de basse dimensionnalité. Nous nous attachons également à contrôler la fonctionnalisation de surface notamment par voie électrochimique afin de développer de nouveaux types de capteurs environnementaux dédiés à la détection de micropolluants dans le milieu naturel (TRL 3-4-5-6).
Nos travaux de recherche portent sur :
– les études des corrélations structure/propriétés de surfaces des matériaux carbonés et de matériaux de basse dimensionnalité par caractérisations multi-échelles,
– le contrôle de la fonctionnalisation des carbones par voie électrochimique,
– le développement de capteurs électrochimiques et optiques.
