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Des monolithes siliciques poreux Si(HIPE) (High Internal Phase Emulsion) présentant une porosité multi-échelle à l’instar des frustules de diatomées ont été développés à l’interface des sciences chimiques et physico-chimiques des fluides complexes. Ces monolithes possèdent à la fois une surface spécifique accessible élevée (1000 m²/g) et une macroporosité ouverte développant un volume poreux d’environ 9 cm³/g.

Plus récemment, la découverte de la synthèse d’oxydes mixtes MOx-Si(HIPE) (M = Cu, Fe, Ce, Ni, Mn, Nb, Ta, Ti, Y, W, Co etc..)^1-2 a permis de développer des catalyseurs performants pour des applications environnementales ou de chimie verte telles que : la thermo-oxydation du CO en CO₂^3-4 en limitant l’usage de métaux nobles ; l’acylation et l’alkylation sélectives sans solvant et sans super-acides⁵ ; la purification de l’air photo-induite en volume⁶ conduisant à une restriction considérable de l’empreinte au sol. Ces oxydes mixtes (binaire, ternaire et même quaternaire) mis en forme sur plusieurs échelles, baptisés « MUB », acronyme pour « Matériaux de l’Université de Bordeaux » (Fig. 1), apportent en effet de nombreux avantages au regard de catalyseurs hétérogènes plus conventionnels :

– Mise en forme aisée, intrinsèque au procédé sol-gel employé

– Aucune pulvérulence, car obtenus sous forme de monolithes à géométrie modulable et modulaire

– Sites actifs facilement accessibles sans forcément nécessiter une activation préalable pour contrebalancer la pression de Laplace

– Transport de masse facilité de par la macroporosité ouverte, avec perte de charge limitée lorsqu’ils sont utilisés en flux continu à débit constant

– Transport photonique effectif en volume permettant une limitation de l’empreinte au sol et/ou une miniaturisation des systèmes photo-actifs employés

– Faible diffusion de Fick contrebalancée par un comportement dispersif (Taylor Aris) aux interfaces « macropores/fluides en convection/advection »

– Régénération simple des catalyseurs céramiques utilisés par traitement thermique ou lavage

– Grande stabilité en température et aux solvants

– Coûts de fabrication tout à fait raisonnables

Figure 1.a) Exemples de monolithes mixtes SiO₂-TiO₂ (série MUB 200) photo-actifs en volume à teneur en TiO₂ croissante de gauche à droite. b-d) Reconstitutions par micro-tomographie 3D des MUB-(200) à teneur en TiO₂ croissante de gauche à droite, e-g) Coupes digitales 2D des images 3D, la couleur jaune représente les inclusions colloïdales croissantes de TiO₂ de la gauche vers la droite. Image adaptée de la référence (6).