Microporous organic polymers based on hexaphenylbiadamantane:synthesis, ultra-high stability and gas capture

Hexaphenylbiadamantane-based microporous organic polymers (MOPs) were successfully synthesized by Suzuki coupling under mild conditions. The obtained MOPs show high surface area (891 m2 g−1), ultra-high thermal (less than 40% mass loss at temperatures up to 1000 °C) and chemical (no apparent decomposition in organic solvents for more than 7 days) stability, gas (H2, CO2, CH4) capture capabilities and vapor (benzene, hexane) adsorption. These combined abilities render the synthesized MOPs an attractive candidate as thermo-chemically stable adsorbents for practical use in gas storage and pollutant vapor adsorption.

Engineered zeolitic materials: synthesis and application

Les zéolithes étant des matériaux cristallins microporeux ont démontré leurs potentiels et leur polyvalence dans un nombre très important d’applications. Les propriétés uniques des zéolithes ont poussé les chercheurs à leur trouver constamment de nouvelles utilités pour tirer le meilleur parti de ces matériaux extraordinaires. Modifier les caractéristiques des zéolithes classiques ou les combiner en synergie avec d’autres matériaux se trouvent être deux approches viables pour trouver encore de nouvelles applications. Dans ce travail de doctorat, ces deux approches ont été utilisées séparément, premièrement avec la modification morphologique de la ZSM-12 et deuxièmement lors de la formation des matériaux de type coeur/coquille (silice mésoporeuses@silicalite-1). La ZSM-12 est une zéolithe à haute teneur en silice qui a récemment attiré beaucoup l’attention par ses performances supérieures dans les domaines de l’adsorption et de la catalyse. Afin de synthétiser la ZSM-12 avec une pureté élevée et une morphologie contrôlée, la cristallisation de la zéolithe ZSM-12 a été étudiée en détail en fonction des différents réactifs chimiques disponibles (agent directeur de structure, types de silicium et source d’aluminium) et des paramètres réactionnels (l’alcalinité, ratio entre Na, Al et eau). Les résultats présentés dans cette étude ont montré que, contrairement à l’utilisation du structurant organique TEAOH, en utilisant un autre structurant, le MTEAOH, ainsi que le Al(o-i-Pr)3, cela a permis la formation de monocristaux ZSM-12 monodisperses dans un temps plus court. L’alcalinité et la teneur en Na jouent également des rôles déterminants lors de ces synthèses. Les structures de types coeur/coquille avec une zéolithe polycristalline silicalite-1 en tant que coquille, entourant un coeur formé par une microsphère de silice mésoporeuse (tailles de particules de 1,5, 3 et 20-45 μm) ont été synthétisés soit sous forme pure ou chargée avec des espèces hôtes métalliques. Des techniques de nucléations de la zéolithe sur le noyau ont été utilisées pour faire croitre la coquille de façon fiable et arriver à former ces matériaux. C’est la qualité des produits finaux en termes de connectivité des réseaux poreux et d’intégrité de la coquille, qui permet d’obtenir une stéréosélectivité. Ceci a été étudié en faisant varier les paramètres de synthèse, par exemple, lors de prétraitements qui comprennent ; la modification de surface, la nucléation, la calcination et le nombre d’étapes secondaires de cristallisation hydrothermale. En fonction de la taille du noyau mésoporeux et des espèces hôtes incorporées, l’efficacité de la nucléation se révèle être influencée par la technique de modification de surface choisie. En effet, les microsphères de silice mésoporeuses contenant des espèces métalliques nécessitent un traitement supplémentaire de fonctionnalisation chimique sur leur surface externe avec des précurseurs tels que le (3-aminopropyl) triéthoxysilane (APTES), plutôt que d’utiliser une modification de surface avec des polymères ioniques. Nous avons également montré que, selon la taille du noyau, de deux à quatre traitements hydrothermaux rapides sont nécessaires pour envelopper totalement le noyau sans aucune agrégation et sans dissoudre le noyau. De tels matériaux avec une enveloppe de tamis moléculaire cristallin peuvent être utilisés dans une grande variété d’applications, en particulier pour de l’adsorption et de la catalyse stéréo-sélective. Ce type de matériaux a été étudié lors d’une série d’expériences sur l’adsorption sélective du glycérol provenant de biodiesel brut avec des compositions différentes et à des températures différentes. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux utilisant des adsorbants classiques comme par exemple du gel de sphères de silice mésoporeux, des zéolithes classiques, silicalite-1, Si-BEA et ZSM-5(H+), sous forment de cristaux, ainsi que le mélange physique de ces matériaux références, à savoir un mélange silicalite-1 et le gel de silice sphères. Bien que le gel de sphères de silice mésoporeux ait montré une capacité d’adsorption de glycérol un peu plus élevée, l’étude a révélé que les adsorbants mésoporeux ont tendance à piéger une quantité importante de molécules plus volumineuses, telles que les « fatty acid methyl ester » (FAME), dans leur vaste réseau de pores. Cependant, dans l’adsorbant à porosité hiérarchisée, la fine couche de zéolite silicalite-1 microporeuse joue un rôle de membrane empêchant la diffusion des molécules de FAME dans les mésopores composant le noyau/coeur de l’adsorbant composite, tandis que le volume des mésopores du noyau permet l’adsorption du glycérol sous forme de multicouches. Finalement, cette caractéristique du matériau coeur/coquille a sensiblement amélioré les performances en termes de rendement de purification et de capacité d’adsorption, par rapport à d’autres adsorbants classiques, y compris le gel de silice mésoporeuse et les zéolithes.

A new low temperature synthesis route of fraipontite (Zn,Al)3(Si,Al)2O5(OH)4

A low temperature synthesis method based on the decomposition of urea at 90°C in water has been developed to synthesise fraipontite. This material is characterised by a basal reflection 001 at 7.44 Å. The trioctahedral nature of the fraipontite is shown by the presence of a 06l band around 1.54 Å, while a minor band around 1.51 Å indicates some cation ordering between Zn and Al resulting in Al-rich areas with a more dioctahedral nature. TEM and IR indicate that no separate kaolinite phase is present. An increase in the Al content however, did result in the formation of some SiO2 in the form of quartz. Minor impurities of carbonate salts were observed during the synthesis caused by to the formation of CO32- during the decomposition of urea.

Synthesis and characterization of K2Ca5(SO4)6· H2O, the equivalent of görgeyite, a rare evaporite mineral

Görgeyite, K2Ca5(SO4)6··H2O, is a very rare monoclinic double salt found in evaporites related to the slightly more common mineral syngenite. At 1 atmosphere with increasing external temperature from 25 to 150 °C, the following succession of minerals was formed: first gypsum and K2O, followed at 100 °C by görgeyite. Changes in concentration at 150 °C due to evaporation resulted in the formation of syngenite and finally arcanite. Under hydrothermal conditions, the succession is syngenite at 50 °C, followed by görgyeite at 100 and 150 °C. Increasing the synthesis time at 100 °C and 1 atmosphere showed that initially gypsum was formed, later being replaced by görgeyite. Finally görgeyite was replaced by syngenite, indicating that görgeyite is a metastable phase under these conditions. Under hydrothermal conditions, syngenite plus a small amount of gypsum was formed, after two days being replaced by görgeyite. No further changes were observed with increasing time. Pure görgeyite showed elongated crystals approximately 500 to 1000 µ m in length. The infrared and Raman spectra are mainly showing the vibrational modes of the sulfate groups and the crystal water (structural water). Water is characterized by OH-stretching modes at 3526 and 3577 cm–1 , OH-bending modes at 1615 and 1647 cm–1 , and an OH-libration mode at 876 cm–1 . The sulfate 1 mode is weak in the infrared but showed strong bands at 1005 and 1013 cm–1 in the Raman spectrum. The 2 mode also showed strong bands in the Raman spectrum at 433, 440, 457, and 480 cm–1 . The 3 mode is characterized by a complex set of bands in both infrared and Raman spectra around 1150 cm–1 , whereas 4 is found at 650 cm–1.

Synthesis of profluorescent isoindoline nitroxides via palladium-catalysed Heck alkenylation

The synthesis of a new structural class of isoindoline nitroxides (aminoxyls), accessible via the palladium-catalysed Heck reaction, is presented. Reaction of the aryl bromoamine, 5-bromo-1,1,3,3-tetramethylisoindoline (4) or dibromoamine, 5,6-dibromo-1,1,3,3-tetramethylisoindoline (5) or the analogous bromonitroxides 6 and 7 with methyl acrylate gives the acrylate substituted tetramethylisoindoline amines 8 and 10 and nitroxides 12 and 14. Similarly, the reaction of the aryl bromides and dibromides 4–7 with methyl 4-vinylbenzoate gives the carboxystyryl substituted tetramethylisoindoline amines 9 and 11 and the analogous nitroxides 13 and 15. The carboxystyryl tetramethylisoindoline nitroxides demonstrate strongly suppressed fluorescence, which is revealed upon removal of the free radical by reduction or radical coupling.