Chalcogel



Un chalcogel ou aérogel de chalcogénure proprement métallique est un aérogel fait de chalcogènes (la colonne d’éléments du tableau périodique commençant par l’oxygène) tels que le soufre et le sélénium, avec le cadmium, le tellure, le platine et d’autres éléments. [1]

Les chalcogels absorbent préférentiellement les métaux lourds [2], promettant d’absorber les polluants mercure, plomb et cadmium présents dans l’eau. [3] En outre, les scientifiques en ont fait un qui est prétendu être deux fois aussi efficace à la désulfuration que toutes les méthodes actuelles. C’est un exploit très impressionnant, en particulier parce que jusqu’à la découverte des propriétés des chalcogels, les scientifiques commençaient à considérer la désulfuration comme un processus optimisé. [4]



Les aérogels semi-conducteurs à base de chalcogénure métallique , d’abord démontrés par le professeur Stephanie Brock de la Wayne State University , sont très prometteurs pour les capteurs chimiques, les cellules solaires et la photoélectrolyse de l’eau.

Les aérogels de chalcogénures métalliques peuvent être préparés à partir de la thiolyse [5] ou la condensation de nanoparticules [6] [7] contient des nanoparticules cristallines dans la structure. [7]Les chalcogels sont réalisés à l’approche et appartiennent à une classe de matériaux différente. La méthode utilisée est basée sur la réaction de métathèse (ou de changement de partenaire), utilise des anions moléculaires de chalcogénure et relie des cations métalliques. Ces réactions donnent un réseau aléatoire, qui n’a pas de structure périodique à longue portée. De par sa nature, cette méthode donne l’avantage d’accorder les propriétés matérielles résultantes par une sélection appropriée d’anions et de cations. En même temps, il faut une adaptation judicieuse des composants anioniques et métalliques pour forcer le bloc de construction et les métaux lieurs à s’engager dans un processus d’auto-assemblage contrôlé, de sorte qu’un gel puisse être obtenu. La clé est d’éviter les précipitations rapides ou une solution permanente là où il n’y a pas de gélification. Sur la base de cette approche chimique, les chalcogels ont d’abord été mis en évidence en utilisant des ions liant le platine et des anions thiogermanate ou sélénogermanate. La méthode de synthèse peut être étendue à de nombreux thioanions, y compris les chalcogels à base de tétrathiomolybdate.[8] Différents ions métalliques ont été utilisés comme lieurs Co 2+ , Ni 2+ , Pb 2+ , Cd 2+ , Bi 3+ , Cr 3+ . [8] [9] [10]

Lorsque les gels sont séchés, on obtient des aérogels avec des surfaces élevées et les matériaux ont une nature multifonctionnelle. Par exemple, les chalcogels sont particulièrement prometteurs pour la séparation des gaz. Ils ont été signalés comme présentant une sélectivité élevée en CO 2 et en C 2 H 6 sur l’ adsorption de H 2 et de CH 4 . [8] [10] Ce dernier est pertinent pour la composition du flux gazeux sortant de la réaction de changement de gaz à l’eau et des réactions de reformage à la vapeur (réactions largement utilisées pour la production de H 2 ). Par exemple, la séparation de paires de gaz telles que CO 2 / H 2 , CO 2 / CH 4 et CO 2 / N2 sont des étapes clés dans la capture de précombustion du CO 2 , l’adoucissement du gaz naturel et la capture postcombustion des processus de CO 2 menant finalement à l’amélioration du gaz brut. Le conditionnement mentionné ci-dessus rend le gaz approprié pour un certain nombre d’applications dans les piles à combustible.

Les chalcogels se sont révélés très efficaces pour capturer les formes ioniques de Tc-99 et U-238, ainsi que l’iode gazeux non radioactif (c.-à-d. Un substitut pour I-129 (2)), quelle que soit la polarité du sorbant. Les efficacités de capture pour Tc-99 et U-238 ont varié entre les différents sorbants, allant de 57,3-98,0% et 68,1-99,4%, respectivement. Tous les chalcogels ont montré une efficacité de capture supérieure à 99,0% pour l’iode pendant la durée de l’essai. [11]

Références

  1. Sauter^ Biello, David (2007-07-26). “Filtre en métal lourd largement fabriqué à partir d’air” . Scientifique américain.
  2. Sautez^ S. Bag et al. Gels semi-conducteurs poreux et aérogels à partir de groupes de chalcogénures. Science2007-07-27: Vol. 317. non. 5837, pp. 490-493,doi:10.1126 / science.1142535
  3. Aller en haut^ Carmichael, Mary. Premier prix pour Bizarre: Une substance bizarre, comme «la fumée gelée», peut nettoyer les rivières, faire fonctionner les téléphones cellulaires et propulser les vaisseaux spatiaux. Newsweek International, 2007-08-13. Récupéré le 2007-08-05.
  4. Jump up^ “Le nouveau matériel semblable à l’éponge peut enlever le mercure de l’eau, séparer l’hydrogène des autres gaz et tirer le soufre du pétrole brut” . ScienceDaily. 2009-05-17.
  5. Aller en haut^ Stanić, Vesna; Pierre, Alain C .; Etsell, Thomas H .; Mikula, Randy J. (1996). “Préparation et caractérisation de Ge2” . Journal of Materials Research . 11 (2): 363-372. Bibcode : 1996JMatR..11..363S . doi :10.1557 / JMR.1996.0044 .
  6. Aller^ Gacoin, Thierry; Malier, Laurent; Boilot, Jean-Pierre (1997). “Nouveaux matériaux de chalcogénure transparents utilisant un procédé Sol-Gel” . Chem. Mater . 9 (7): 1502-1504. doi : 10.1021 / cm970103p .
  7. ^ Aller jusqu’à:b Yao, Q .; Brock, SL (2010). “Détection optique de la triéthylamine en utilisant des aérogels CdSe”. Nanotechnologie . 21 (11): 115502. Bibcode: 2010Nonot..21k5502Y . doi : 10.1088 / 0957-4484 / 21/11/115502 . PMID  20173226 .
  8. ^ Aller jusqu’à:c Polychronopoulou, Kyriaki; Malliakas, Christos D .; Lui, Jiaqing; Kanatzidis, Mercouri G. (2012). “Surfaces sélectives: Chalcogels à base de Co (Ni) MoS quaternaire avec des surfaces sélectives divalentes: Chalcogels quaternaires à base de Co (Ni) MoS avec Dival (Pb 2+ , Cd 2+ , Pd 2+ ) et trivalent (Cr 3+ , Bi 3+ ) Métaux pour la séparation des gaz ” . Chimie des matériaux . 24 (17): 3380-3392. doi : 10.1021 / cm301444p .
  9. Aller en haut^ Sac, S .; Gaudette, AF; Bussell, ME; Kanatzidis, MG (2009). “Les chalcogels spongieux des métaux non-platine agissent comme des catalyseurs d’hydrodésulfuration efficaces”. Nat. Chem . 1 (3): 217-24. Bibcode : 2009NatCh … 1..217B . doi : 10.1038 / nchem.208 . PMID  21378851 .
  10. ^ Aller jusqu’à:b Oh, Youngtak; Sac, Santanu; Malliakas, Christos D .; Kanatzidis, Mercouri G. (2011). “Surfaces sélectives: Chalcogels de sulfure d’étain de zinc à surface élevée” . Chem. Mater . 23 (9): 2447-2456. doi : 10.1021 / cm2003462 .
  11. Aller en haut^ Riley, Brian J .; Chun, Jaehun; Um, Wooyong; Lepry, William C .; Matyas, Josef; Olszta, Matthew J.; Li, Xiaohong; Polychronopoulou, Kyriaki; Kanatzidis, Mercouri G. (2013). “Aérogels à base de chalcogène comme agents d’assainissement des radionucléides” . Environ. Sci. Technol . 47 (13): 75407547. Bibcode : 2013EnST … 47.7540R . doi :10.1021 / es400595z .