Ingénierie des Nanomatériaux hybrides pour l’Environnement et la Santé

L’équipe de Ingénierie des Nanomatériaux hybrides pour l’Environnement et la Santé développe la conception de nanoparticules d’oxydes, de semi-conducteurs et de nanocomposites en utilisant diverses techniques de synthèse (coprécipitation, décomposition thermique, voies polyols thermale ou solvothermale, mécanosynthèse) et leur fonctionnalisation ou structuration suivant l’application visée. Les activités de l’équipe se structurent autour de 3 axes de recherches :

• Axe 1 : Nanoparticules d'oxyde métallique fonctionnalisées de taille et de forme contrôlées par différentes méthodes de synthèse chimique. Application à la dialyse péritonéale et au diagnostic de la maladie d'Alzheimer

La conception de nos nanoparticules (NP) est basée sur la compréhension des mécanismes fondamentaux de nucléation et de croissance. Les différents types de réactions utilisées pour concevoir nos NP comprennent la décomposition thermique, la voie hydrothermale, la coprécipitation, la voie polyol solvothermale, etc... Les NP sont formées soit dans une structure monophasée, soit sous forme de nanostructures multicomposants (composites avec des matériaux à base de carbone).

• Amélioration de la captation des phosphates lors du procédé de dialyse péritonéale
• Compréhension de la physiopathologie du traitement de dialyse péritonéale

Collaboration Philippe Choquet (HUS, ICUBE), ANR PHODIA (21-25) & MICA (2025), One patent and one in course

• Couplage de ligands de ciblage sur des nanoparticules d’oxydes fonctionnalisées
• Etude de l’interaction ces nanoparticules vectorisées avec des fibres mimant les plaques séniles

Coll. Université La Havane Cuba, Coll. Dr G. Ulrich (ICPEES) – V. Mazan (LIMA) - M. Schmutz (ICS), PHC Cuba and AAP Cuba

Contact : Pr Sylvie Begin-Colin and Pr Ariane Zaloszic

• Axe 2 : Mechanosynthesis of hybrid perovskites and lead free hybrid perovskites (3D, 2D and mixed 2D/3D). Applications : photodetection, detection RX et batteries

Les pérovskites hybrides (PH) sont prometteuses pour des applications optoélectroniques, avec, au-delà du photovoltaïque, d'autres applications explorées ici. Un défi majeur est d'obtenir une synthèse reproductible conduisant à des phases pures et permettant une production grande échelle. La mécanosynthèse (MS), verte et sans solvant, a permis de synthétiser la phase MAPbI₃ et son composite avec le graphite en 30 minutes, avec des propriétés similaires à celles du MAPbI₃ synthétisés par voie solvant. Le broyage prolongé introduit des défauts dans les PHs améliorant l'absorption des ondes électromagnétiques. La MS a aussi été appliquée à des PHs de faible dimension (n=1–3) avec différents ammoniums. Les HP 2D purs n=1 et leurs composites ont été synthétisés avec succès, tandis que les PHs avec n>2 montraient une hétérogénéité de composition.

Pour les tester comme RX- ou photo-détecteur, un compactage des poudres a été nécessaire, qui a induit une coalescence des grains, une orientation préférentielle et l’apparition de nouvelles phases. Le graphite a amélioré la photodétection, et la configuration du dispositif doit être optimisée pour les PHs de faible dimension présentant une orientation des cristallites dans le plan.

Coll. V&S Zafeiratos, CEA Grenoble, C. Lefevre (IPCMS), T. Fix (ICUBE); Fondation JML (24-25), ANR ABPERO (2024-28)

Nous avons développé la mécanosynthèse de poudres de pérovskite 2D et 3D sans plomb pour des applications de supercondensateurs. En utilisant cette technique de broyage de billes évolutive et sans solvant, nous avons synthétisé des pérovskites de bromure de cuivre méthylammonium (MA₂CuBr₄), de chlorure de césium bismuth (Cs2Bi3Cl9) et des poudres composites MA₂CuBr₄-graphite.

• Axe 3 : Nano-adsorbants magnétiques à base de graphène et d'oxyde de fer pour la dépollution environnementale des hydrocarbures aromatiques polycycliques et d'autres polluants pertinents

Il existe dans l'environnement un grand nombre de polluants différents qui peuvent être nocifs à la fois pour la santé humaine et pour l'environnement. Il est donc essentiel de les éliminer des différents milieux environnementaux et de surveiller leur présence. L'adsorption a suscité beaucoup d'intérêt ces dernières années pour la capture et l'extraction des polluants, en particulier avec le développement des nanotechnologies et des nanomatériaux. La possibilité de créer des matériaux composites à base de graphène et d'oxyde de fer pour les stratégies de dépollution est particulièrement attrayante car elle associe la grande efficacité d'adsorption des matériaux en graphène à la facilité de séparation magnétique des nanomatériaux magnétiques.

• Phosphates
• Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
• Particules à base de carbone et de plastique

Contact : Pr Sylvie Begin-Colin, Dr Stéphane Le Calvé

Coll. S. Le Calvé, ENGEES, LCPME (Nancy), Région Gd Est + MICA (2021-2024), ANR (2024-2028)