publication . Other literature type . 2013

Outils théoriques pour l'adsorption dans les matériaux nanoporeux cristallins

Coudert, François-Xavier;
Open Access French
  • Published: 04 Apr 2013
  • Publisher: HAL CCSD
Abstract
I use and develop theoretical chemistry models and molecular simulation methods in order to study fluid adsorption in nanoporous cristalline materials, focussing on three main aspects. First, I have developped analytical statistical thermodynamics models describing the interplay between fluid adsorption and host solid structural transitions. These models help rationalize and predict the occurrence of adsorption and pressure-induced phase transitions in flexible metal-organic frameworks, in the multi-parameter space of gas pressure, gas mixture composition, temperature and mechanical stress. Secondly, I used molecular simulation methods to study the properties of...
Subjects
free text keywords: nanoporous materials, thermodynamics, molecular simulation, quantum chemistry, adsorption, matériaux nanoporeux, soft porous crystals, thermodynamique, simulation moléculaire, chimie quantique, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]
20 references, page 1 of 2

2 Comportement de uflides polaires dans des cavités hétérogènes 4 2.1 Une vision globale de l'adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Adsorption de l'eau dans des zéolithes hydrophiles et hydrophobes . . . . . 6 2.3 Diagramme de phase du uflide confiné . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4 Géométrie et topologie : utilisation de modèles sur réseau . . . . . . . . . . 13 2.5 Vers la réactivité : mécanisme d'hydratation des IRMOF . . . . . . . . . . . 14

3 Modèles thermodynamiques pour l'adsorption dans les matériaux flexibles 18 3.1 Flexibilité structurale des matériaux nanoporeux cristallins . . . . . . . . . 18 3.2 Rationalisation du comportement des MOF bistables . . . . . . . . . . . . . 20 3.3 Un outil théorique pour l'exploitation d'isothermes expérimentales . . . . 23 3.4 Extension à d'autres variables thermodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.5 L'hypothèse des contraintes mécaniques comme facteur clef . . . . . . . . . 27 1. H.-C. Zhou, J.R. Long, O. M. Yaghi, Chem. Reviews, 2012, 112, 673-674 2. Le genre des MOF en français n'a pas été tranché par l'Académie… j'utilise le féminin, à cause de la traduction

3. Dans le cadre de la thèse de Marta De Toni (Chimie ParisTech & Air Liquide), soutenue le 13 juillet 2012.

4. M. Eddaoudi, J. Kim, N. Rosi, D. Vodak, J. Wachter, M. O'Keefe et O. M. Yaghi, Science, 2002, 295, 469-472 5. A. Comotti, S. Bracco, P. Sozzani, S. Horike, R. Matsuda, J. Chen, M. Takata, Y. Kubota et S. Kitagawa, J. Am.

Chem. Soc., 2008, 130, 13664-13672 7. Jin Chong Tan et Anthony K. Cheetham, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 1059-1080 8. P. Küsgens, M. Rose, I. Senkovska, H. Fröde, A. Henschel, S. Siegle et S. Kaskel, Microporous Mesoporous Mater.,

2009, 120, 325-330 9. J. A. Greathouse et M. D. Allendorf, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 10678-10679 10. J. J. Low, A. I. Benin, P. Jakubczak, J. F. Abrahamian, S. A. Faheem et R. R. Willis, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131,

15834-15842 11. Th èse de Marta De Toni, soutenue le 13 juillet 2012.

12. Selon la classification IUPAC exposée dans : K. S. W. Sing, Pure & Appl. Chem., 1985, 57, 603

44. W. F. Perger, J. Criswell, B. Civalleri et R. Dovesi, Comput. Phys. Commun., 2009, 180, 1753-1759

45. R. Dovesi et al, Z. Kristallogr., 2005, 220, 571 . 46. D. Bahr, J. Reid, W. Mook, C. Bauer, R. Stumpf, A. Skulan, N. Moody, B. Simmons, M. Shindel, et M. Allendorf,

Phys. Rev. B, 2007, 76, 184106 47. J.-C. Tan, B. Civalleri, C.-C. Lin, L. Valenzano, R. Galvelis, P.-F. Chen, T. Bennett, C. Mellot-Draznieks, C.

Zicovich-Wilson, et A. Cheetham, Phys. Rev. Lett., 2012, 108, 095502

- [11] “Water nanodroplets confined in zeolite pores”, F.-X. Coudert, F. Cailliez, R. Vuilleumier, A. H. Fuchs, A. Boutin, Faraday Discuss. 2009, 141, 377-398.

- [17] “Water adsorption in hydrophobic MOF channels”, S. Paranthaman, F.-X. Coudert, A. H. Fuchs, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8123-8129.

- [19] “Understanding the Eefct of Confinement on the Liquid-Gas Transition : A Study of Adsorption Isotherms in a Family of Metal-Organic Frameworks”, M. De Toni, P. Pulllumbi, F.-X. Coudert, A. H. Fuchs, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21631-21637.

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Abstract
I use and develop theoretical chemistry models and molecular simulation methods in order to study fluid adsorption in nanoporous cristalline materials, focussing on three main aspects. First, I have developped analytical statistical thermodynamics models describing the interplay between fluid adsorption and host solid structural transitions. These models help rationalize and predict the occurrence of adsorption and pressure-induced phase transitions in flexible metal-organic frameworks, in the multi-parameter space of gas pressure, gas mixture composition, temperature and mechanical stress. Secondly, I used molecular simulation methods to study the properties of...
Subjects
free text keywords: nanoporous materials, thermodynamics, molecular simulation, quantum chemistry, adsorption, matériaux nanoporeux, soft porous crystals, thermodynamique, simulation moléculaire, chimie quantique, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci]
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2 Comportement de uflides polaires dans des cavités hétérogènes 4 2.1 Une vision globale de l'adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2 Adsorption de l'eau dans des zéolithes hydrophiles et hydrophobes . . . . . 6 2.3 Diagramme de phase du uflide confiné . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4 Géométrie et topologie : utilisation de modèles sur réseau . . . . . . . . . . 13 2.5 Vers la réactivité : mécanisme d'hydratation des IRMOF . . . . . . . . . . . 14

3 Modèles thermodynamiques pour l'adsorption dans les matériaux flexibles 18 3.1 Flexibilité structurale des matériaux nanoporeux cristallins . . . . . . . . . 18 3.2 Rationalisation du comportement des MOF bistables . . . . . . . . . . . . . 20 3.3 Un outil théorique pour l'exploitation d'isothermes expérimentales . . . . 23 3.4 Extension à d'autres variables thermodynamiques . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.5 L'hypothèse des contraintes mécaniques comme facteur clef . . . . . . . . . 27 1. H.-C. Zhou, J.R. Long, O. M. Yaghi, Chem. Reviews, 2012, 112, 673-674 2. Le genre des MOF en français n'a pas été tranché par l'Académie… j'utilise le féminin, à cause de la traduction

3. Dans le cadre de la thèse de Marta De Toni (Chimie ParisTech & Air Liquide), soutenue le 13 juillet 2012.

4. M. Eddaoudi, J. Kim, N. Rosi, D. Vodak, J. Wachter, M. O'Keefe et O. M. Yaghi, Science, 2002, 295, 469-472 5. A. Comotti, S. Bracco, P. Sozzani, S. Horike, R. Matsuda, J. Chen, M. Takata, Y. Kubota et S. Kitagawa, J. Am.

Chem. Soc., 2008, 130, 13664-13672 7. Jin Chong Tan et Anthony K. Cheetham, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 1059-1080 8. P. Küsgens, M. Rose, I. Senkovska, H. Fröde, A. Henschel, S. Siegle et S. Kaskel, Microporous Mesoporous Mater.,

2009, 120, 325-330 9. J. A. Greathouse et M. D. Allendorf, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 10678-10679 10. J. J. Low, A. I. Benin, P. Jakubczak, J. F. Abrahamian, S. A. Faheem et R. R. Willis, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131,

15834-15842 11. Th èse de Marta De Toni, soutenue le 13 juillet 2012.

12. Selon la classification IUPAC exposée dans : K. S. W. Sing, Pure & Appl. Chem., 1985, 57, 603

44. W. F. Perger, J. Criswell, B. Civalleri et R. Dovesi, Comput. Phys. Commun., 2009, 180, 1753-1759

45. R. Dovesi et al, Z. Kristallogr., 2005, 220, 571 . 46. D. Bahr, J. Reid, W. Mook, C. Bauer, R. Stumpf, A. Skulan, N. Moody, B. Simmons, M. Shindel, et M. Allendorf,

Phys. Rev. B, 2007, 76, 184106 47. J.-C. Tan, B. Civalleri, C.-C. Lin, L. Valenzano, R. Galvelis, P.-F. Chen, T. Bennett, C. Mellot-Draznieks, C.

Zicovich-Wilson, et A. Cheetham, Phys. Rev. Lett., 2012, 108, 095502

- [11] “Water nanodroplets confined in zeolite pores”, F.-X. Coudert, F. Cailliez, R. Vuilleumier, A. H. Fuchs, A. Boutin, Faraday Discuss. 2009, 141, 377-398.

- [17] “Water adsorption in hydrophobic MOF channels”, S. Paranthaman, F.-X. Coudert, A. H. Fuchs, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8123-8129.

- [19] “Understanding the Eefct of Confinement on the Liquid-Gas Transition : A Study of Adsorption Isotherms in a Family of Metal-Organic Frameworks”, M. De Toni, P. Pulllumbi, F.-X. Coudert, A. H. Fuchs, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21631-21637.

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