Synthèse de matériaux de type metal-organic frameworks pour l'énergétique

Cette thèse est dédiée à l'étude des performances énergétiques de systèmes hétérogènes lyophobes (SHLs) par des expériences d'intrusion-extrusion. Dans ce travail, les SHLs sont constitués de matériaux de type Metal-Organic Framework (MOF) en tant que solide poreux et d'eau ou de solution aqueuse d’électrolyte comme liquide non mouillant. Lors de l'application d'une pression externe au SHL, l'énergie mécanique appliquée est convertie en énergie interfaciale. Lorsque la pression est relâchée, le SHL peut soit restaurer complètement, soit dissiper (partiellement ou complètement) l'énergie mécanique stockée, se comportant ainsi comme un ressort, un amortisseur ou un pare-chocs.Ce travail vise à définir les effets de divers paramètres tels que la nature du liquide non mouillant, la topologie du matériau ou la substitution du ligand afin de concevoir des SHLs optimaux. Par exemple, la présence d'un groupe donneur ou attracteur d’électrons sur le ligand de MOFs de type SOD permet d’ajuster le comportement énergétique avec l'utilisation de solutions aqueuses d'électrolytes.De plus, les performances énergétiques de deux matériaux MOF hydrophobes, MAF-6 et ZIF-71, de topologie RHO sont également étudiées. Les systèmes «MAF-6‒eau» et «MAF-6‒ ou ZIF-71‒LiCl 20 M» affichent principalement un comportement pare-chocs, car l'énergie mécanique fournie est principalement absorbée par les matériaux lors d’une transformation de phase irréversible. Différents scénari, soutenus expérimentalement, expliquent ces résultats.Enfin, l'optimisation de synthèses de MOFs prometteurs, leurs caractérisations complètes et l'étude de leurs performances énergétiques sont décrites.This thesis is dedicated to the study of the energetic behaviors and performances of Lyophobic Heterogeneous Systems (LHSs) in intrusion–extrusion experiments. In this work, LHSs involve Metal-Organic Frameworks (MOFs) as porous materials and water or aqueous electrolyte solutions as non-wetting liquids. Upon the application of an external pressure to a LHS, the applied mechanical energy is converted into interfacial energy. When the external pressure is released, the LHS can either completely restore or (partially or completely) dissipate the stored mechanical energy, thereby behaving as a spring, shock-absorber, or bumper, respectively.This work aims at defining the effects of various parameters, such as the nature of the non-wetting liquid, the material’s topology and the linker substitution, on the energetic behaviors and performances of LHSs in order to design perfect systems for practical applications. As an example, the presence of an electron donating or withdrawing group on the linker in SOD-type MOFs is shown to enable tuning the energetic behavior of the LHS when using aqueous electrolyte solutions.Moreover, the energetic performances of two hydrophobic MOF materials, MAF-6 and ZIF-71 of RHO topology are also studied. The “MAF-6‒water” and “MAF-6‒ or ZIF-71‒LiCl 20 M” systems display mainly bumper behavior, as the supplied mechanical energy is principally absorbed by the materials when undergoing an irreversible phase transformation. Different scenarios, experimentally supported, explain these results. Finally, the optimization of the syntheses of promising MOF materials, their full characterization and the study of their energetic performances are described