Pour obtenir des objets fabriqués avec des caractéristiques et des spécificités originales, la fabrication de matériaux moléculaires est abordée en assemblant des briques élémentaires, comme des atomes, des molécules simples ou complexes ou des nanostructures (nanotubes de carbone et feuilles de graphène notamment) sur des supports métalliques, minéraux ou organiques, du verre... par des procédés "du bas vers le haut" (ou "bottom-up").
Avec la maitrise d'instruments permettant de visualiser et manipuler les nano-objets, plusieurs procédés d'élaboration sont mis en oeuvre :
- Synthèse de nano-objets en phase gazeuse (nanoparticules composites, tapis de nanotubes de carbone, ...)
- Synthèse de nano-objets en phase liquide (nanoparticules de métaux précieux, procédés sol-gel, ...)
La force des équipes du NIMBE sur ce thème est d'associer les recherches sur les procédés d'élaboration, à celles sur la connaissance des propriétés fondamentales des nanos-objets, des mécanimes de leur assemblage, de l'organisation des structures résultantes et la caractérisation de leurs propriétés.
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Le platine est un élément de référence en matière d'efficacité catalytique, en particulier pour la filière hydrogène énergie : électrolyse de l'eau et réactions à la membrane de piles à combustible. Son abondance limitée, et donc son coût élevé, interdisent cependant son usage généralisé dans des dispositifs à bas coût, et des voies alternatives doivent être développées. Au LICSEN (CEA-Saclay/DSM/IRAMIS), des structures hybrides supramoléculaires à base de nanotubes de carbone et de porphyrines de cobalt ont été testées comme catalyseur électrochimique pour la réduction de l’oxygène. La méthode de fonctionnalisation des nanotubes de carbone combine les avantages des approches covalente et non-covalente, sans leurs limitations respectives. Les hybrides élaborés réduisent l’oxygène directement en eau via un processus à 4 électrons en milieu acide, avec une très faible formation de peroxyde d’hydrogène (produit intermédiaire, résultant d'un processus à deux électrons), ce qui les rend utilisables pour les piles à combustible de type "Proton Exchange Membrane Fuel Cells" - PEMFCs. |
Le greffage de polymères sur des surfaces conductrices de l’électricité suscite depuis plusieurs années toute l’attention de l’équipe du Laboratoire de Chimie des Surfaces et des Interfaces dirigé par Serge Palacin. Les nombreux brevets déposés sur l’électrogreffage (eG ©) on contribués à la création de la première start-up issue de DSM, Alchimer, qui valorise depuis maintenant 5 ans ce savoir faire. Un nouveau pas vient récemment d’être franchi dans la course à la fonctionnaliosation des surfaces par l’introduction d’un nouveau procédé : Pegas.
