Le 6-triéthoxysilyl-1-hexyl-ferrocène est une molécule stable, pouvant se lier de manière irréversible aux polysiloxanes en croissance, et possédant des propriétés électrochimiques, pour pouvoir l'utiliser comme une nouvelle sonde rédox. Les études électrochimiques (voltammétrie cyclique, chronoampérométrie) confirment l'influence du type de catalyseur dans l'évolution des coefficients de diffusions des polysiloxanes en croissance (détermination du temps de gel et des structures des polymères en solutions). Les résultats préliminaires sur des électrodes modifiées semblent lier la nature du catalyseur à l'organisation des xérogels de silice (fractals, isotrope) et leurs propriétés électrochimiques. Pour les sols-gels hybrides à matrice ormosils et les sol-gels de titane/phosphonate, l'utilisation de sondes rédox appropriées permet de suivre l'évolution de ces systèmes complexes et montrent l'influence des différents paramètres lors de la formation de ces matériaux.

Ce travail de recherche présente la préparation et la caractérisation de matériaux monolithiques hautement poreux dérivés majoritairement de ressources naturelles. L'objectif était de préparer de nouveaux gels biosourcés jusqu'à 91%, de proposer des alternatives au séchage supercritique au CO2, et d'étudier quelques propriétés d'intérêt de tels gels après séchage, non seulement à l'état organique mais, dans certains cas, après pyrolyse pour obtenir des gels de carbone. A ces fins, le tannin et le soja ont été testés comme précurseurs, à différentes concentrations et différents pH, et trois voies de séchages ont été utilisées : supercritique, lyophilisation et séchage évaporatif. Les gels obtenus ont été caractérisés en termes de densité, porosité, distributions de tailles de pores et surfaces spécifiques, qu'ils soient sous forme organique ou carbonée selon l'application envisagée ou le type de porosité attendue. Leurs propriétés mécaniques et thermiques ont aussi été mesurées. La très large gamme de textures poreuses obtenues a permis de proposer des applications en tant qu'isolants thermiques, supports de catalyseur, ou électrodes de condensateur électrochimiques, selon les cas / This manuscript presents the preparation and the characterization of highly porous monolithic materials mainly derived from natural resources. The objectives were to: (i) develop new gels, biosourced up to the 91% level; (ii) suggest alternatives to supercritical drying in CO2, and (iii) investigate properties of interest for such gels in the organic state and, in some cases, after pyrolysis for obtaining carbon gels. For those purposes, tannin and soy flour were tested as precursors, at different concentrations and different pH, and three ways of drying were used: supercritical drying, freeze drying and evaporative drying. The obtained gels were characterized in terms of density, porosity, pore size distributions and specific surface area, whether in organic or in carbon form, depending on the intended application or expected type of porosity. Mechanical and thermal properties were also measured. The obtained broad range of porous textures allowed suggesting applications such as thermal insulators, catalyst supports or electrodes for electrochemical capacitors

Ce mémoire rapporte la préparation et l'étude de matériaux hybrides organiques-inorganiques à base de titane où les deux réseaux sont liés par des liaisons titane-carbone stables. Différents précurseurs dans lesquels deux groupes cyclopentadienyltitane sont reliés par des espaceurs variés ont été préparés. Ces espaceurs comprennent des groupes aromatiques et hétéroaromatiques linéaires ainsi que des groupes aromatiques disubstitués par des chaînes alkyle. Ces complexes dimétalliques, où le titane est aussi lié à trois groupes labiles, ont été ensuite hydrolysés dans les conditions du procédé sol-gel pour conduire à des hybrides de classe II. Le réseau organique y est lié au réseau inorganique par des liaisons stables titane-carbone. Ces matériaux sont organisés et leur mode d'organisation dépend de la nature de l'espaceur reliant les groupes cyclopentadienyle. Les espaceurs linéaires conduisent à des matériaux à structure en escalier dans lesquels les ligands sont associés par des liaisons p. La longueur des espaceurs n'a pas d'effet sur cette organisation. Par contre, les matériaux à espaceurs substitués latéralement sont organisés par les chaînes alkyle. La calcination de ces matériaux hybrides sous oxygène conduit à la formation de dioxyde de titane nanoporeux sous forme d'anatase dont la cristallinité et la surface spécifique dépendent de la température de calcination. D'une façon similaire des films de dioxyde de titane de même type sont obtenus par la calcination de films minces d'hybrides préparés par spin-coating. / This work aimed to the preparation of titanium-based organic-inorganic hybrid materials where both networks are linked through stable titanium-carbon bonds. The preparation of various di(cyclopentadienyltitanium) precursors in which various organic groups serve as a bridge between the two cyclopentadienyl groups while each titanium atom is equipped with three hydrolysable groups was first achieved. Then, these complexes were hydrolyzed in a sol-gel process that led to new self-assembled titanium-based class II hybrid materials in which the inorganic network is connected to the organic network through stable titanium-carbon bonds. The mode of organization of the nanostructures depends on the spacer bridging the cyclopentadienyl groups. Linear aromatic spacers led to materials having a stair-like structure in which the organic ligands are arranged via p-stacking. The length of the spacer has a little effect on the organization of the nanostructures. The structure of the materials obtained with spacers endowed with long lateral chains is governed by the side chains. The calcination of these materials under oxygen led to the formation of nanoporous anatase titanium dioxide the crystallinity and surface area of which depend on the calcination temperature. Similarly titanium dioxide thin films were prepared by the calcination of hybrid thin films prepared by spin coating.

Des matériaux hybrides de classe II ont été préparés à partir de précurseurs bis(tripropynylstannylés). Deux familles de précurseurs sol-gel incluant des espaceurs hydrocarbonés et thiophénique ont été obtenues et conduisent à des matériaux hybrides auto-organisés où les plans d’oxyde sont séparés par les espaceurs organiques. Ainsi l’espaceur rigide a donné lieu à une structure pseudo-lamellaire montrant une bande d’émission monomère avec un assez faible décalage vers le rouge par rapport à l'émission des précurseurs en solution. En revanche, alors que les xérogels thiényle plus désordonnés conduisent à une large émission caractéristique de la formation d’excimères ou de dimères. Par ailleurs, des films minces contenant les espaceurs alkylène et arylalkylène ont été préparés et ont montré une morphologie "pseudoparticulaire" poreuse et un ordre à courte distance contenant des réseaux SnOx. De façon inattendue, ces films minces hybrides détectent le dihydrogène dès une température de 50 °C dans la gamme 200-10000 ppm. A partir de ces films hybrides minces, le dioxyde d'étain cristallin (SnO2) a été préparé par un post-traitement thermique. Comme prévu, ces films SnO2 cassitérite détectent le dihydrogène et, dans une moindre mesure le monoxyde de carbone avec une température optimale de fonctionnement comprise entre 300 et 350 °C. / Class II hybrid materials were prepared from ditin hexaalkynides. Two families of precursors, including either hydrocarbon or oligothiophene-based spacers, were obtained and led by the sol-gel process to self-assembled organotin-based hybrid materials made of planes of oxide separated by organic bridges. Thus, the rigid thienyl spacer gave rise to a “pseudo-lamellar” structure that showed a monomer emission band with a rather small red-shift compared with to the emission of the precursor in solution. However more disordered thienyl xerogels led to broad emission features assigned to excimer or dimer formation. Moreover, thin films containing alkylene- and arylalkylene bridged have been prepared and showed a “pseudoparticulate” porous morphology and a short-range hierarchical order in the organic-inorganic SnOx pseudoparticles. Unexpectedly these hybrid thin films detect hydrogen gas at a temperature as low as 50 °C at the 200-10000 ppm level. From these hybrid thin films, crystalline tin dioxide (SnO2) were prepared by a thermal post-treatment. As expected, cassiterite SnO2 films detected H2 and to a less extent CO with a best operating temperature comprised between 300 and 350 °C.