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Quelques publications

André Deratani et Gérald Pourcelly (Département IP2) ont participé à la rédaction de 3 chapitres d’un ouvrage intitulé « Ionic Interactions in Natural and Synthetic Macromolecules » édité par Alfredo Ciferri et Angelo Perico (Wiley, 2012).

Résumé :

This book is a comprehensive study of the subject of ionic interactions in macromolecules. The first parts of the book review and analyze the conventional treatments of fixed charges (e.g. in polyelectrolytes and polyampholytes), including screening and condensation by mobile ions. The interaction of ions with less polar sites on the macromolecule (e.g. amide bonds), and the origin of the lyotropic effects (focusing on binding versus condensation) will also be extensively addressed.
The book also explores complex micellar organizations involving charged macromolecules (e.g. DNA) and low-molecular-weight ampholytes and strong protein associations. The resulting structures are relevant to a variety of functional biological systems and synthetic analogs. The contribution of electrostatic and hydrophobic interaction to the stability of proteins and other supramolecular structures will also be analyzed. There are chapters on applications such as deionization and cosmetic formulation.

This 21-chapter book is divided into three sections :
  1. Fundamentals (Chap. 1 – 5)
  2. Mixed Interactions (Chap. 6 – 12)
  3. Functions and Applications (Chap. 13 – 21)

Chapter 9 - ION TRANSFER IN AND THROUGH CHARGED MEMBRANES : STRUCTURE, PROPERTIES, AND THEORY
Victor V. Nikonenko, Andrey B. Yaroslavtsev, and Gérald Pourcelly

Chapter 18 – POLYELECTROLYTES AT INTERFACES : APPLICATIONS AND TRANSPORT PROPERTIES OF POLYELECTROLYTE MULTILAYERS IN MEMBRANES
Bastien Seantier and André Deratani

Chapter 20 – APPLICATIONS OF CHARGED MEMBRANES IN SEPARATION, FUEL CELLS, AND EMERGING PROCESSES
Gérald Pourcelly, Victor V. Nikonenko, Natalia D. Pismenskaya, and Andrey B. Yaroslavtsev


Samuel Bernard est éditeur d’un ouvrage intitulé "Design, Processing and Properties of Ceramic Materials from Preceramic Precursors " qui rassemble les travaux de la communauté des « céramistes » travaillant dans le domaine des polymères précéramiques avec l’implication notamment du Prof. Ralf Riedel (TUD, Darmstadt, Allemagne), du Prof. Philippe Miele (IEM, Montpellier, France), tous deux membres de l’académie mondiale des céramiques (WAC) et du Dr. Günter Motz (Bayreuth, Allemagne).

Edyted [.`BERNARD, 2011
Nova Science Pub Inc
Series : Materials Science and Technologies
ISBN : 978-1-61209-995-8
Pages : 236.pp

Résumé :

It is now established that the development of advanced ceramics demands the control of their composition at atomic scale (purity) and the nanostructuration of the materials, i.e., when crystalline dimensions of matter are reduced to the nanometer regime. According to the fact that a nanostructural design, a control of their composition and shapes and therefore a systematic optimisation of their properties are beyond the possibilities of the traditional high-temperature synthesis methods via solid-state reactions, innovative preparative methods need to be implemented. Bottom-up approaches using molecular precursors provide the flexibility to generate materials needed by the technological demands. These molecular approaches offer the opportunity to tailor the composition of the desired material at molecular scale, produce pure materials, i.e., without undesirable elements, by thermal treatments and allow of preparing complex shaped nanostructured materials through shaping processes. In this book volume, we are focusing on the design, processing and properties of ceramic materials from preceramic precursors. It highlights recent and current topics in the preparation of ceramic materials from preceramic precursors. This strategy has scientific and technical objectives that cover fundamental and applied aspects and this book volume proposes to address the following basic, and critical, scientific issues through an interdisciplinary base that spans the fields of chemistry, solid-state physics, materials science and engineering :

i) the design of preceramic precursors and polymers

ii) the understanding and characterization of the thermal, structural and rheological behavior of preceramic polymers, which allow designing them in such a way that they could offer possibilities to create complex shaped ceramics.

iii) the understanding and characterization of the evolution of the nanostructure of the material from the molecular and polymeric states.

iv) the characterization of final materials.


Recherche publique en région - Actualités - Vie des labos

24/04/2012.

L’IEM à la Une du "Journal of Materials Chemistry" d’Avril 2012.

Trois chercheurs de l’Institut Européen des Membranes de Montpellier - en collaboration avec des chercheurs allemands et roumains - viennent de publier leurs travaux sur la fabrication de fibres céramiques de haute performance (utilisables pour la conception de matériaux dont les propriétés isolantes correspondent aux nouveaux besoins de certaines industries, tel le secteur de l’énergie ou la défense). Cet article a été sélectionné pour faire la couverture du ’Journal of Materials Chemistry’.

La fabrication de fibres céramiques haute performance consiste à synthétiser un polymère précéramiques, à le mettre en forme par un procédé de filage à l’état fondu et à convertir la fibre polymère obtenue en une fibre céramique par le biais de traitements thermiques appropriés.

Le travail des chercheurs a été de démontrer l’intérêt de cette méthode pour concevoir des matériaux sur mesure capables de proposer des caractéristiques mécaniques et thermo-structurales qui répondent aux nouveaux besoins des secteurs de l’énergie et de la défense notamment.

Les propriétés mécaniques des fibres de carbonitrure de silicium et de bore restent en-deçà de celles des fibres de carbure de silicium commerciales mais grâce à un coût de production plus faible et aux recherches qui sont actuellement menées à l’Institut Européen des Membranes, des applications comme renforts fibreux pour matériaux céramiques sont d’ores et déjà envisagées dans un proche avenir.

J. Mater. Chem., 2012, 22, 7739-7750.

Titre : Chemistry, Structure and Processability of Boron-Modified Polysilazanesas tailored Precursors of Ceramic Fibers

Contact : Samuel BERNARD, Samuel.Bernard@iemm.univ-montp2.fr, IEM, Montpellier.


Gilbert Rios, Marie-Pierre Belleville et Delphine Paolucci ont rédigé un chapitre "Enzymatic membrane reactors in applications of membrane separations technology", pour l’ouvrage intitulé :

"Membrane technologies and applications" - Chap. 24 - pp. 445-461

Edited K.Mohanty & M.K.Purkait
CRC Press Taylor & Francis Group 2012
ISBN 978-1-4398-0526-8
500 pages

Résumé :

Membrane and enzyme are both fundamental for all biological cells from the unicellular organisms to the organisms with higher level of evolution. Actually the cell membranes are not only a physical boundary which separates the intracellular components from the extracellular environment : they also act as a selective barrier able to regulate what enters and exits the cell, thus facilitating the transport of materials needed for survival. The enzymes are found in all biological cells and are involved in almost all metabolic pathways. Their basic function is to increase the rate of reactions which would occur about a million times slower in their absence. Furthermore, they are selective for their substrates and speed up only a few reactions from among many possibilities. Due to their intrinsic performance both biological membranes and biological reactions have thus serve of model for the development of industrial processes (ie. membrane separation process and enzymatic reactors) since the middle of the twentieth century. Currently the association of enzymatic reactor with a membrane separation unit appears as promising opportunities for citizen health and well-being, or new environment-friendly industrial processes, including for instance good production in food, fine chemistry or pharmaceutical industries, as well as new processes for environment protection, original systems for energy production, more performing captors and sensors…. In their contribution the authors endeavoured to make a synthesis of the state of the art in this field.


L’équipe de Mihail Barboiu de l’Institut Européen des Membranes (CNRS / ENSCM / Université Montpellier 2) vient de réaliser un canal d’eau synthétique particulièrement efficace pour le transfert sélectif de l’eau. Ces résultats font l’objet d’un article dans la revue Angewandte Chemie, sélectionné par l’éditeur comme "hot paper", ainsi que la couverture du magazine.

Dans les organismes vivants, les processus physiologiques sont régis en partie par les transferts d’espèces de part et d’autre de la paroi cellulaire, la plus efficace et la plus complexe des membranes. Ces membranes sont constituées de canaux dédiés spécifiquement à ces échanges. Le chimiste tente depuis longtemps de comprendre ces transferts régulés par différentes protéines pour tenter de les reproduire dans des systèmes moléculaires artificiels. Dans ce contexte, de nombreuses membranes artificielles ont permis de réguler la conduction d’ions à travers des canaux ioniques spécialement dédiés à cette fonction. En revanche, très peu d’exemples de membranes synthétiques sont parvenus à mimer les canaux d’eau naturels dont le rôle est d’assurer le transport sélectif de l’eau. Dans ces canaux se forment des fils d’eau moléculaire, enchainements de molécules d’eau orientées liées entre elles par liaison hydrogène(*), que l’on trouve sur la paroi du canal d’eau. Ces fils d’eau moléculaire suscitent de nombreuses recherches. Il est en effet très difficile d’arriver à construire de telles architectures, car il est nécessaire de contrôler les interactions canaux–eau et eau–eau. Plus difficile encore : arriver à des systèmes qui conduisent sélectivement l’eau sans laisser passer les ions (Na+, K+ par exemple) dont la régulation, dans les organismes vivants, est assurée par d’autres protéines. En effet, ces fils d’eau sont polarisés c’est-à-dire qu’une extrémité présente un défaut d’électrons (charge positive) alors que l’autre présente un excès (charge négative), situation favorable au transport de protons (charge positive) qui vont être attirés par la charge négative et migrer le long de ces fils d’eau présentant une orientation dipolaire.

Cette sélectivité est fondamentale. Par exemple, dans le cas du virus influenza A, c’est le canal dit « M2 » qui régule, via un fil d’eau, le passage des ions H+ qui contrôlent la libération de l’ARN viral. Si le proton ne passe pas, l’organisme n’est pas infecté.

L’équipe de M. Barboiu de l’Institut Européen des Membranes à Montpellier vient desynthétiser un canal d’eau formé d’un empilement tubulaire de quartet (I4) de molécules d’imidazole(**). Ils ont également stabilisé, à l’intérieur de ce canal, un fil d’eau moléculaire polarisé, comparable à celui observé dans des canaux protéiniques naturels.

Les entités I4 peuvent également s’organiser de deux manières conduisant à des canaux ouverts ou fermés. L’équipe a montré que le transport d’ions H+, étroitement lié à l’arrangement des molécules d’eau et plus particulièrement à leur polarisation, est plus efficace dans le cas où l’assemblage des molécules d’imidazole est chiral et engendre ainsi un empilement polarisé des molécules d’eau, plus favorable au transport. C’est ainsi que l’équipe a démontré qu’une propriété de dissymétrie comme la chiralité peut engendrer des arrangements dipolaires asymétriques.

De plus, un phénomène d’exclusion ionique a été observé et attribué principalement aux effets d’encombrement des canaux. Ces quartets d’imidazole semblent donc être des canaux d’eau synthétiques prometteurs pour le transport sélectif d’eau très pure, sans ions, comme dans certains canaux d’eau naturels. On pourrait par exemple envisager leur utilisation pour la production d’eau ultra-pure nécessaire pour la fabrication des vaccins ou des composants en microélectronique.

***

(*) Liaison hydrogène : liaison faible (vingt fois plus faible qu’une liaison classique) qui relie des molécules en impliquent un atome d’hydrogène.

(**) Imidazole : composé organique aromatique formé d’un cycle à cinq atomes contenant trois atomes de carbone et deux atomes d’azote en position 1 et 3.

Référence

Yann Le Duc, Mathieu Michau, Arnaud Gilles, Valerie Gence, Yves-Marie Legrand, Arie van der Lee, Sophie Tingry, Mihail Barboiu
Imidazole-Quartet Water and Proton Dipolar Channels
Angewandte Chemie 25-08-2011.

Contact chercheur

Dr. Mihail Barboiu, Institut Européen des Membranes, Montpellier
Tel : +33-(0)4-67149195
Fax : +33-(0)4-67149119
Courriel : barboiu@iemm.univ-montp2.fr


Constitutional Dynamic Chemistry

Mihai Barboiu a édité un ouvrage intitulé " Constitutional Dynamic Chemistry " rassemblant les travaux de 3 chercheurs de l’IEM, ainsi que notamment ceux de J Sanders, B Miller et JM Lehn. Ces travaux explicitent de nombreux concepts repris dans le LabEx Chemisyst, en particulier « chimie des systèmes »

Summary :

Constitutional Dynamic Chemistry (CDC) and its application Dynamic Combinatorial Chemistry (DCC) are new evolutional approaches to produce chemical diversity. In contrast to the classical methods, they allow for the simple generation of functional systems amplified from a mixture of inter-exchanging architectures which result from sets of building blocks interacting reversibly. Kinetic or thermodynamic resolution, self-assembly followed by covalent modification, and phase-change processes all shed light on useful strategies to control and create convergence between self-organization and constitutional functions. Such dynamic libraries have special relevance for a very diverse range of applications such as drug-, catalyst-, and material discovery. CDC implements a dynamic molecular/ supramolecular reversible interface between interacting constituents, mediating the structural self-correlation of different domains of generated systems by virtue of their basic constitutional behaviors. The self-assembly of the components controlled by mastering molecular/supramolecular interactions may allow the flow of structural information from molecular level toward nanoscale dimensions. This volume of Topics in Current Chemistry focuses on constitutional methods for understanding and controlling such upscale propagation of structural information. These methods show potential to impose further precise order at the mesoscale and to discover new routes to obtain highly ordered ultradense arrays over macroscopic distances.


Nanoporous Materials for Energy and the Environment

Crédit photo Didier COT This book is a selection of main contributions presented during the 1st International Workshop on NanoPorous Material for Energy and Environment organised in Chania (Crete – 12/15 October 2008) by the 3 three Networks of Excellence (EC - FP6 – NMP) and their Durable Integrated Structure (DIS) : NanoMemPro / Europan Membrane House (EMH / Membranes) , Idecat / European Research Institute on Catalysis (ERIC / Catalyse) and Insidepores / Εuropean Nanoporous Materials Institute of Excellence (ENMIX / Nanoporous materials) . It shows all the interest of strongly integrated and holistic approaches involving complementary expertises, skills and know-how. Integration rather than simple addition of competences, and loop schemas to the detriment of linear production processes : key ideas for a real control and appropriate intensification of systems by optimising the whole chain from the molecular to the plant level ! Really strong paradigms on which the think-tank and the action-tank of our new economy of knowledge must be based !

ISBN 978-981-4267-17-5
Pan Standford Publishing Pte. Ltd. 2012
303 pages

Recherche publique en région - Actualités - Vie des labos

02/02/2012

L’IEM à l’honneur dans le numéro de décembre 2011 du New Journal of Chemistry (NJC).

Des chercheurs de l’Institut Européen des Membranes de Montpellier viennent de publier leurs travaux sur la synthèse de fibres de carbone appliquées à la bioélectrocatalyse enzymatique. Cet article a été sélectionné pour faire la couverture du journal New Journal of Chemistry.

Le principe consiste à former un fil de polymère sous un fort champ électrique, puis à le chauffer à haute température pour transformer le polymère en nanofibres de carbone. Ce matériau a été utilisé comme support pour l’immobilisation d’une enzyme, la laccase, qui permet de catalyser la réaction de réduction de l’oxygène.

Ce travail a démontré que ce type de matériau pouvait être utilisé comme cathode dans les biopiles enzymatiques à combustible développées l’IEM. Le principe d’une biopile est de générer un courant électrique grâce à la catalyse enzymatique assurée aux électrodes. De tels dispositifs permettent la génération d’énergie électrique à partir de carburants comme le glucose ou des alcools.

Ce type de pile à combustible constitue une source d’énergie alternative avec des catalyseurs totalement biodégradables ce qui représente un avantage notable. Les puissances délivrées restent faibles mais grâce aux recherches actuelles sur leur miniaturisation, des applications pour l’alimentation de micromachines sont déjà envisagées dans l’avenir.

<FONT COLOR=#FF5B2B>New J. Chem., 2011,

Title : Fabrication of free-standing electrospun carbon nanofibers as efficient electrode materials for bioelectrocatalysis.

Contact : S. TINGRY, Christophe INNNOCENT, IEM , Montpellier.

  • Tél. : 04 67 14 91 11,
  • Fax : 04 67 14 91 19
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L’IEM avance sur la problématique du stockage d’Hydrogène

Hydrazine borane : synthesis, characterization, and application prospects in chemical hydrogen storage

Voir l’article des chercheurs de l’Institut des Membranes de Montpellier (IEM - UMR 5635) Romain MOURY, Georges MOUSSA, Umit B. DEMIRCI, Samuel BERNARD, Eddy PETIT, Arie VAN DER LEE et Philippe MIELE, en collaboration avec Julien HANNAUER, chercheur au Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces - UMR 5615 à Villeurbanne (69).

paru dans le PCCP (<FONT COLOR=#FF5B2B>Physical Chemistry Chemical Physic).


Prof. Philippe MIELE (IEMM) et Dr. Umit B. DEMIRCI (IEMM), en collaboration avec Dr. François GARIN (Université de Strasbourg) ont eu l’opportunité de publier en qualité d’Editeurs Invités un volume spécial du journal international Catalysis Today, cette contribution s’intitulant “catalysis in hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane, and electrocatalysis in oxidation of sodium borohydride”, accessible via le lien ci-dessous :

http://www.sciencedirect.com/science/journal/09205861/170

L’idée de ce volume spécial est née de discussions enrichissantes dans le cadre de séminaires en 2010 avec plusieurs de nos collègues experts en catalyse. Ils nous firent judicieusement remarquer que beaucoup des articles sur les réactions d’hydrolyse, de thermolyse et d’électro-oxydation d’hydrures de bore pour le stockage chimique de l’hydrogène (borohydrure de sodium et ammoniaborane) sont publiés dans des journaux dont les thèmes ne sont pas prioritairement la catalyse. Ainsi, ce volume spécial a été une occasion pour « rectifier le tir » et proposer aux chercheurs experts en catalyse une vue générale de ce qui se fait dans les réactions ci-dessus citées. Nous espérons que ce volume engendrera des discussions fondamentales et pertinentes afin de mieux comprendre les réactions (mécanismes et cinétiques), d’appréhender plus efficacement les problèmes de durabilité et stabilité des catalyseurs, et d’être force de proposition dans l’élaboration de nouveaux catalyseurs supportés.

Dans ce volume, 21 papiers de très haute qualité scientifique de différents auteurs ont donc été publiés. Ils sont cités ci-dessous :

-  Catalysis in hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane, and electrocatalysis in oxidation of sodium borohydride, Pages 1-2, Umit B. Demirci, Philippe Miele, François Garin

-  Ex situ characterization of N2H4-, NaBH4- and NH3BH3-reduced cobalt catalysts used in NaBH4 hydrolysis, Pages 3-12, S. Cavaliere, J. Hannauer, U.B. Demirci, O. Akdim, P. Miele

-  Langmuir–Hinshelwood kinetic model to capture the cobalt nanoparticles-catalyzed hydrolysis of sodium borohydride over a wide temperature range, Pages 13-19, J. Andrieux, U.B. Demirci, P. Miele

-  Enhanced hydrogen production by hydrolysis of NaBH4 using “Co-B nanoparticles supported on Carbon film” catalyst synthesized by pulsed laser deposition, Pages 20-26, N. Patel, R. Fernandes, N. Bazzanella, A. Miotello

-  Effect of trapped hydrogen on the induction period of cobalt–tungsten–boron/nickel foam catalyst in catalytic hydrolysis reaction of sodium borohydride, Pages 27-32, Hong-Bin Dai, Yan Liang, Ping Wang

-  Ni–Co–B catalyst-promoted hydrogen generation by hydrolyzing NaBH4 solution for in situ hydrogen supply of portable fuel cells, Pages 33-39, Chuan Wu, Ying Bai, Dan-Xian Liu, Feng Wu, Mei-Li Pang, Bao-Lian Yi

-  Durability and reutilization capabilities of a Ni–Ru catalyst for the hydrolysis of sodium borohydride in batch reactors, Pages 40-49, A.M.F.R. Pinto, M.J.F. Ferreira, V.R. Fernandes, C.M. Rangel

-  Hydrogen generation from coupling reactions of sodium borohydride and aluminum powder with aqueous solution of cobalt chloride, Pages 50-55, Hong-Bin Dai, Guang-Lu Ma, Xiang-Dong Kang, Ping Wang

-  Catalytic hydrolysis of ammonia borane for chemical hydrogen storage, Pages 56-63, Hai-Long Jiang, Qiang Xu

-  Dehydrogenation of ammonia borane catalyzed by in situ synthesized Fe–Co nano-alloy in aqueous solution, Pages 64-68, F.Y. Qiu, Y.J. Wang, Y.P. Wang, L. Li, G. Liu, C. Yan, L.F. Jiao, H.T. Yuan

-  Quasi in situ Mössbauer and XAS studies on FeB nanoalloy for heterogeneous catalytic dehydrogenation of ammonia borane, Pages 69-75, Teng He, Junhu Wang, Tao Liu, Guotao Wu, Zhitao Xiong, Jie Yin, Hailiang Chu, Tao Zhang, Ping Chen

-  Zeolite framework stabilized nickel(0) nanoparticles : Active and long-lived catalyst for hydrogen generation from the hydrolysis of ammonia-borane and sodium borohydride, Pages 76-84, Mehmet Zahmakıran, Tuğçe Ayvalı, Serdar Akbayrak, Salim Çalışkan, Derya Çelik, Saim Özkar

-  Facile synthesis by polyol method of a ruthenium catalyst supported on γ-Al2O3 for hydrolytic dehydrogenation of ammonia borane, Pages 85-92, Giovanni P. Rachiero, Umit B. Demirci, Philippe Miele

-  Hydrogen generation from the methanolysis of ammonia borane catalyzed by in situ generated, polymer stabilized ruthenium(0) nanoclusters, Pages 93-98, Huriye Erdoğan, Önder Metin, Saim Özkar

-  A mechanistic study of borohydride anodic oxidation, Pages 99-109, Kangli Wang, Juntao Lu, Lin Zhuang

-  Mass transport effects in the borohydride oxidation reaction—Influence of the residence time on the reaction onset and faradaic efficiency, Pages 110-119, Kênia S. Freitas, Belen Molina Concha, Edson A. Ticianelli, Marian Chatenet

-  Rotating disc electrode studies of borohydride oxidation at Pt and bimetallic Pt–Ni and Pt–Co electrodes, Pages 126-133, A. Tegou, S. Papadimitriou, I. Mintsouli, S. Armyanov, E. Valova, G. Kokkinidis, S. Sotiropoulos

-  Platinum-rare earth intermetallic alloys as anode electrocatalysts for borohydride oxidation, Pages 134-140, D.M.F. Santos, P.G. Saturnino, D. Macciò, A. Saccone, C.A.C. Sequeira

-  Metallocomplex-based borohydride electro-oxidation catalysts, Pages 141-147, Shin-ichi Yamazaki, Masaru Yao, Hiroshi Senoh, Zyun Siroma, Naoko Fujiwara, Tsutomu Ioroi, Kazuaki Yasuda

-  Improvements in direct borohydride fuel cells using three-dimensional electrodes, Pages 148-154, C. Ponce de León, A. Kulak, S. Williams, I. Merino-Jiménez, F.C. Walsh