Study of new porous materials by NMR
Etude de nouveaux matériaux poreux par Résonnace Magnétique Nucléaire (RMN)
Résumé
The zeolites are ‘molecular sieves’ known for their numerous applications in adsorption, ion exchange, and catalysis. In this thesis, we focused on the study of some questions related to zeolite synthesis and post-synthesis, which are not yet resolved by other techniques. NMR was the primary tool in this work, as it gives access to local structural information on nanocrystals even when diffraction techniques found their limits. NMR can also be used to study porosity using probe molecules adsorption, and in particular, xenon is known as a good molecule for this purpose. Indeed, the isotope 129Xe can be hyperpolarized to increase the detection sensitivity, and interestingly it presents a wide chemical shift range depending on its confinement and thus the porosity of studied material. Two studies are reported in this manuscript: (i) In the first study, the initial steps during the crystallization of nano-faujasite (FAU) type materials were investigated using classical NMR (mainly by 29Si and 23Na MAS NMR) and advanced NMR (129Xe HP NMR). It was shown that crystallization starts at much earlier synthesis stages than those observed by other classical techniques (XRD, SEM, N2 adsorption…). The first SBU seems to be the hexagonal prisms, prior to the sodalite cages, which rapidly form confined environment and then supercages. Moreover, it has been proved by 129Xe HP NMR and 2D EXSY that nano-faujasite zeolite presents opened sodalite cages and a more flexible structure than in micro-faujasite zeolite. (ii) The second study is an investigation on the recrystallization phenomena occurring during hierarchization process of zeolite and which could explain the homogenous distribution of the mesopore sizes. As a remarkable result, it has been shown in this work that during the hierarchization of beta zeolite with TPAOH, the recrystallization lead to the formation of tiny MFI particles, formed at the surface of the mesopores (1H MAS NMR, 129Xe HP NMR and 2D EXSY).
Les zéolites sont des «tamis moléculaires» connus pour leurs nombreuses applications en adsorption, échange d'ions et catalyse. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur l'étude de quelques questions liées à la synthèse et à la post-synthèse de la zéolithe, qui ne sont pas encore résolues par d'autres techniques.La RMN a été l'outil principal dans ce travail, donnant accès à des informations structurales locales sur les nanocristaux même lorsque les techniques de diffraction trouvent leurs limites. Elle peut également être utilisée pour étudier la porosité en utilisant l'adsorption de molécules sondes, et en particulier, le xénon est connu comme une bonne molécule pour cet objectif. En effet, l'isotope 129Xe peut être hyperpolarisé pour augmenter la sensibilité de détection, et il présente une large plage de déplacement chimique en fonction du confinement et donc de la porosité du matériau étudié.(I) Dans la première étude, les étapes initiales de la cristallisation de nano-faujasite (FAU) ont été étudiées en utilisant la RMN classique (principalement par 29Si et 23Na MAS RMN) et la RMN avancée (129Xe). RMN HP). Il a été montré que la cristallisation commence à des stades de synthèse bien antérieurs à ceux observés par d'autres techniques classiques (XRD, SEM, adsorption de N2 ...). La première SBU semble être les prismes hexagonaux, avant les cages sodalite, qui forment rapidement un environnement confiné puis des supercages. De plus, il a été démontré par RMN 129Xe HP et 2D EXSY que la zéolithe nano-faujasite présente des cages sodalite ouvertes et une structure plus souple que dans la zéolite de type micro-faujasite.(ii) La seconde étude est une recherche sur les phénomènes de recristallisation survenant au cours du processus de hiérarchisation de la zéolithe et qui pourrait expliquer la distribution homogène des tailles de mésopores. Comme résultat remarquable, il a été montré dans ce travail que lors de la hiérarchisation de la zéolithe bêta avec le TPAOH, la recristallisation conduisait à la formation de minuscules particules de MFI, formées à la surface des mésopores (RMN 1H MAS, RMN 129Xe HP et 2D EXSY).
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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