14/10/2014 - Deux projets sur le graphène de l'UQA, sélectionnés dans l'appel EXPLORA

Menéame

Plus de 1 120 projets de recherche de toute l’Espagne ont eu lieu en 2013 à l’appel EXPLORA du Plan d’État pour la recherche scientifique et technique et l ’, mis en œuvre par le Ministère de l’économie et de la compétitivité. Parmi eux, 89 ont été sélectionnés, dont cinq d’origine andaloue, dont deux appartiennent à l’Université de Cadix, en attendant une décision définitive.

En fait, les deux travaux de recherche ont un point de départ commun:grafène, une substance constituée de carbone pur, avec des atomes disposés en forme régulière hexagonale, similaire au graphite. Parmi ses propriétés les plus remarquables, il est transparent, flexible, extraordinairement résistant, imperméable, abondant, économique et conduit l’électricité mieux qu’aucun autre métal connu. En outre, on pourrait dire que le grafène a de nombreuses propriétés qui n’avaient jamais été trouvées auparavant dans aucun autre matériau.

Le premier des projets approuvés est appelé Membranes nanoStructures Disruptives pour le traitement efficace de l’eau (MEDEA) et a été animé par le professeur Juan Antonio López Ramírez, du département de la Technologie de l’Environnement. Cette initiative vise à utiliser du graphène pur et du nanographite dans le but de fabriquer des membranes de nanofiltration absolument nouvelles au moyen de nouvelles techniques, et qui, si elles sont viables, pourraient révolutionner la fabrication de ce type d’outil. Les membranes utilisées pour la dessalement sont des matériaux polymères qui agissent comme des barrières au passage des sels et des contaminants tout en laissant passer l’eau. Mais ils ont comme caractéristique que plus ils sont épaissirs ils rejettent les sels, mais moins ils laissent passer de l’eau. C’est pourquoi l’utilisation de matériaux de type atomique fin comme le graphène peut conduire à créer des membranes beaucoup plus perméables et plus productives, qui peuvent réduire l’impact de la consommation d’énergie sur le processus de dessalement tout en augmentant la production d’eau.

Pour atteindre les objectifs du projet, le professeur López Ramírez coordonne un consortium multidisciplinaire dans lequel se trouvent quatre groupes de recherche universitaires, dont trois sont de l’UCA (technologies de l’environnement, matériaux et nanotechnologies pour l’innovation et systèmes intelligents d’informatique) et un de l’Université autonome de Madrid (Nanomatériaux de faible dimensionnalité). De même, l’Institut andalou du plastique (ANDALTEC) et deux entreprises technologiques - Graphenea et Nanoinova - participent à ce consortium. Ils sont tous des experts dans leur domaine et apportent leur savoir-faire pour développer de nouvelles techniques permettant de construire les membranes les plus fines et les plus efficaces pour le dessalement de l’eau.

Réduction de la teneur en métaux nobles

Le deuxième projet soutenu dans le cadre de l’appel EXPLORA a été coordonné par l’enquêteur Ramón y Cajal, Juan José Delgado, et est appelé Dispersion atomique en catalysie hétérogène: est-ce vraiment une utopie pour la réduction de la teneur en métaux nobles dans les cellules de combustible?

Pour mieux comprendre le défi de ce travail, il est important d’expliquer que la catalanisation et la nanotechnologie ont occupé une place de référence au cours des dernières années pour le développement de nouveaux procédés permettant l’utilisation de matières premières ou de carburants alternatifs, tels que la biomasse, l’hydrogène ou l’énergie solaire, ainsi que pour l’amélioration de l’efficacité de la production d’énergie. Cependant, le coût élevé et la faible abondance de certains de ses composants, tels que les métaux nobles, peuvent sérieusement compromettre l’avenir de ces technologies. C’est pourquoi il est prioritaire de trouver de nouvelles méthodes permettant de réduire la dépendance à l’égard de ces métaux ou même de les remplacer.

Ce projet se fonde sur l’une des questions les plus intéressantes et controversées en catalyse: comment obtenir des catalyseurs stables basés sur des métaux dispersés à l’échelle atomique. En fait, les efforts déployés jusqu'à présent pour réduire la taille des particules métalliques et améliorer ainsi l’activité sont remarquables, bien que les résultats aient généralement donné lieu à des échantillons instables ou à très faible teneur en métal.

Ainsi, ce projet vise à évaluer s’il est possible de déposer sélectivement et de stabiliser des atomes métalliques sur les défauts de surface du grafène, qui peut être facilement fonctionnel avec des groupes hydratés et oxydants. Ces groupes peuvent modifier leur charge en solution aqueuse en fonction du pH. Par conséquent, le choix d’un précurseur du métal à charge opposée dans les mêmes conditions de pH pourrait permettre son abrasion sélective dans ces défauts par interaction électrostatique. Ces atomes se stabiliseraient grâce à la formation de liaisons, c’est-à-dire qu’il s’agira de disperser atomiquement certains métaux afin d’évaluer s’il est possible de réduire ou d’éliminer le Pt des électrodes des piles à combustible. Bien que ce point puisse sembler aussi audacieux, il existe des études théoriques qui semblent indiquer le contraire.

Pour relever ce défi, Delgado disposera d’une équipe interdisciplinaire composée de chercheurs de trois groupes de l’UCA (Structure et chimie des nanomatériaux, stabilité et mécanisme des réactions inorganiques et chimiques des sols et de la catalysie), ainsi que de deux chercheurs étrangers de prestigieux centres de l’Union européenne tels que l’Université Pierre et Marie Curie et le Centre for the Theory and Application of Catalysis (CENTACAT).

Réévaluation des paradigmes établis

L’appel EXPLORA est fondé sur le développement de projets de recherche dont les objectifs consistent à réévaluer les paradigmes établis, les objectifs interdisciplinaires, la recherche de nouvelles applications dans différentes disciplines scientifiques et technologiques et les tests de concept. Les projets présentés doivent être des propositions de recherche imaginatives et radicales dont la faisabilité pourrait être considérée comme faible dans les programmes conventionnels, mais dans lesquelles il existe des indices justifiant de procéder à leur exploration en utilisant des méthodes scientifiques. Ces actions peuvent inclure des recherches à la frontière de la connaissance proposées avec rigueur scientifique dans n’importe quel domaine thématique.

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UCA

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