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Contact : Jean-François Hochepied

L'activité du laboratoire Systèmes Colloïdaux dans les Procédés Industriels (SCPI) concerne la précipitation en solution aqueuse, c'est-à-dire la formation de phase solide à partir d'espèces en solution fortement sursaturée. Plus précisément, les phases solides sont des particules, de quelques nanomètres à plusieurs microns de diamètre (ou dimension caractéristique) selon les études, le plus souvent des hydroxydes ou des oxydes (éventuellement des sulfures) obtenus par réaction des cations correspondants avec une base.
Les éléments concernés, di, tri ou tétravalents sont très nombreux et rien qu'au laboratoire les (hydr)oxydes de Al, Si, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Hf et Ce ont fait l'objet d'études, sans oublier les mixtes ou les dopés...

En général l'objectif des études était d'obtenir des objets calibrés en taille et morphologie, et de composition contrôlée en cas de dopage, pour des applications variées détaillées plus loin. Les caractéristiques des particules dépendent fortement de la valeur et des variations de la sursaturation que nous pilotons par le contrôle de grandeurs physicochimiques (pH, T, complexants...) et par le procédé (double jet, précipitation homogène....). Souvent on ne précipite pas directement les particules souhaitées, mais un précurseur solide (amorphe par exemple) qui cristallise. Dans ce cas les conditions de précipitation de l'amorphe et les conditions de cristallisation ont un impact sur la nature et les caractéristiques des particules finales. Parfois la cristallisation est très rapide, mais parfois on peut isoler un amorphe (ou un précurseur cristallisé métastable) relativement stable. On découple alors totalement les deux étapes de précipitation et cristallisation et on peut choisir librement les conditions expérimentales pour chacune d'elle.

Les travaux les plus remarquables du laboratoire ont reposé sur cette stratégie : même à partir de précurseurs très simples en solution aqueuse, il est parfois possible d'obtenir des particules très originales avec un bon contrôle de leur taille et morphologie. Les avantages évidents des méthodes du laboratoire résident dans leur robustesse, leur simplicité de mise en œuvre, leur coût minime (y compris environnemental), sans oublier bien sûr leur adaptabilité directe à l'échelle industrielle.

Les applications concernées sont très variées et ont fait l'objet de collaborations académiques et industrielles depuis plus de dix ans : particules pour la catalyse, la photocatalyse ou la photoproduction d'hydrogène, pour les batteries, nanoparticules précurseurs de céramiques (thermoélectriques, piles à combustible, ferroélectriques), particules photochromiques pour les cosmétiques, nanoparticules absorbeurs de RX pour la nanomédecine...

Les sujets du laboratoire couplent les aspects matériaux et les aspects procédés. Les particules synthétisés sont principalement des hydroxydes et des oxydes métalliques par précipitation d'amorphe suivie de cristallisation, par précipitation en double-jet à pH contrôlé ou par précipitation homogène déclenchée par chauffage. Le rôle du pH sur les caractéristiques des particules (taille, morphologie, cristallinité) dans la précipitation en double-jet de boehmite fibrillaire, d'oxyde de zinc avec une transition de morphologie non étoilée à étoilée en moins d'une unité de pH sous contrôle strict, d'hydroxyde de nickel a été plus particulièrement étudié.
La stratégie de découplage de précipitation d'amorphe suivie de cristallisation a été mise à profit dans la synthèse de nanoparticules de boehmite de cristallinité variable, de germanate d'hafnium ou de dioxyde de titane. La précipitation homogène par chauffage s'est déclinée en trois variantes : synthèse d'hydroxycarbonates d'yttrium ou de magnésium par décomposition de l'urée, déstabilisation d'amminocomplexes (nickel, cobalt), thermohydrolyse (dioxyde de titane, dioxyde d'étain).

 


Partenariats et projets :

Les travaux du laboratoire sont trés fréquemment effectués dans le cadre de collaboration directe avec des industriels ou au sein de consortiums dans des projets ANR ou européens.

ANRFerroEnergy

fp7IdealCellPhotomem

 

Principaux partenaires académiques :

 

Principaux partenaires industriels :

LVMHSolvay
ErametUmicoreNanobiotix


 

 

Mines ParisTech Centre des Matériaux

 

EMA

 

ICMCB

 

Centrale-Paris

 

IMPMC

 

Itodys

 

LPS

 

LSPM

 

LNE

 

Institut de Chimie de Lyon

 

C2P2

 

Sapienza