Matériaux nanoporeux : de leur caractérisation aux applications d'adsorption ou de stockage d'énergie

L'utilisation des matériaux nanoporeux est large et concerne les domaines de la catalyse, de la santé, de l'énergie, de l'environnement et du développement durable.
Dans le cas de la séparation ou du stockage de molécules, la connaissance des caractéristiques texturales est fondamentale. Pour cela, des techniques standard peuvent être utilisées comme l'adsorption de N2 à 77K ou la porosimétrie au mercure pour déterminer l'aire de surface, le volume des pores ou la distribution de la taille des pores.
L'adsorption est un processus important étudié pour la séparation/le stockage des gaz et également pour la purification des liquides. Pour quantifier le phénomène, les isothermes d'adsorption doivent être établies. Selon la phase adsorbée, différentes techniques sont disponibles, soit la manométrie/gravimétrie pour la phase gazeuse, soit la méthode de déplétion pour la phase liquide.
Une meilleure compréhension du mécanisme d'adsorption est possible en combinant ces techniques avec la microcalorimétrie permettant de mesurer l'énergie impliquée dans l'interaction entre l'adsorbant nanoporeux et la sonde.
De plus, les matériaux nanoporeux peuvent être utilisés comme systèmes de stockage d'énergie mécanique. Lorsqu'ils sont soumis à une pression mécanique :

• soit le fluide non mouillant transmettant la pression peut pénétrer dans le pore à une pression définie entraînant l'intrusion impliquant une conversion de l'énergie mécanique en énergie interfaciale
• soit le matériau nanoporeux flexible (tel que les MOFs) subit un changement structurel.

En fonction de la réversibilité du phénomène, le matériau présente un comportement mécanique différent, du ressort à la benne.