Compréhension du comportement hydrophile et de super capacité d’adsorption des nanoparticules synthétiques de talc

Les travaux scientifiques de l’équipe Géomatériaux du GET ont permis l’élaboration de géo-matériaux composites pluri-fonctionnels originaux. Les équipes travaillent à faire varier les spécificités qui leur confèrent de nouvelles propriétés. Néanmoins, même si ces nouveaux géométriaux sont synthétisés en laboratoire, l’origine de ces propriétés reste méconnue. Une étude issue d’une collaboration nationale a permis d’identifier la structure interne des talcs synthétiques et ainsi de comprendre les mécanismes et processus à l’origine de propriétés supplémentaires à celles des talcs naturels, notamment un comportement hydrophile et une super capacité d’adsorption.

Les travaux scientifiques antérieurs de l’équipe Géomatériaux du GET ont permis l’élaboration de géo-matériaux composites pluri-fonctionnels originaux, incluant les nanotalcs. Bien qu’ils soient synthétisés en laboratoire, les origines des propriétés chimiques, mécaniques et électroniques de ces nanotalcs restent peu identifiées.
Un travail collaboratif entre les laboratoires GET (UMR 5563 Toulouse), LRS (UMR 7197 Sorbonne Université Paris) et LAMS (UMR 8220 Sorbonne Université Paris) a été conduit au cours de la thèse de Mathilde Poirier. Axé sur les nanoparticules synthétiques de talc, ce travail a combiné une étude cristallochimique, des analyses par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN 1D, et 2D) et des calculs DFT (Density Functional Theory). Les résultats majeurs indiquent que les particules de talc synthétique se composent d’un assemblage de feuillets ‘normaux’ et de feuillets « défectueux ».

a) Structuration des particules de talc et (b) signaux RMN des couches normales et défectueuses

Pour des raisons de croissance cristalline, les feuillets défectueux sont rejetés aux interfaces externes des particules, tandis que les feuillets « normaux » composent leur cœur.
L’identification des contributions provenant des feuillets « normaux » et des feuillets « défectueux » sur les spectres RMN 1H, 29Si et 23Na permet d’avoir un regard à la fois sur la structure interne du matériau, et sur sa surface externe en interaction avec le milieu environnant. De ceci, a découlé la possibilité de déterminer la taille des particules de talc synthétique à partir de l’analyse de leurs spectres RMN. Les résultats obtenus ont par ailleurs été mis en confrontation avec les valeurs de taille déterminées par les méthodes DRX (diffraction des rayons X sur nanoparticules), DLS (Dynamic Light Scattering) et BET (Surface spécifique), et des corrélations ont ainsi pour la première fois été réalisées entre ces quatre techniques.

Distribution de taille des particules de talc synthétique en fonction du temps de synthèse

L’ensemble de ces résultats est un premier pas vers la compréhension du comportement hydrophile et de super capacité d’adsorption des nanoparticules synthétiques de talc, qui leur donnent des propriétés supplémentaires à celles du talc naturel.

Résultat scientifique INSU

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