Électrons et protons : une synergie dans la chimie des cations et dans l'élaboration et la réactivité de nanostructures en suspension

Ce séminaire illustre le couplage qui existe entre les échanges acido-basiques et redox pouvant intervenir dans la formation de nanoparticules d’oxydes en solution, ainsi que dans des transformations structurales et/ou morphologiques initiées par des réactions à l’interface oxyde-solution. Ces phénomènes s’avèrent de première importance non seulement dans la chimie des matériaux mais aussi dans l’environnement, à travers les processus biogéochimiques intervenant par exemple dans la minéralogie des milieux aqueux, dans le cyclage de divers éléments ainsi que dans le traitement de l’eau. Dans ces différents domaines, le fer et le manganèse font partie des éléments majeurs impliqués. On est brièvement revenu sur le mécanisme des réactions d’échange d’électrons entre complexes solubles et l’influence de l’acidité sur la cinétique et la thermodynamique de l’échange d’électrons (diagramme potentiel-pH). On a illustré la combinaison des deux réactions par divers exemples concernant la synthèse de nanoparticules d’oxydes de manganèse, avec le contrôle de la structure cristalline et de la morphologie des particules. On s’est ensuite intéressé aux réactions acido-basiques à la surface de nanoparticules d’oxydes de fer qui induisent des transferts électroniques et/ou ioniques à travers l’interface solide-solution. Trois cas très différents ont été examinés : le rôle des ions ferreux dans la cristallisation de la ferrihydrite en spinelle, la transformation structurale et partiellement réversible de la magnétite en maghémite dans diverses circonstances et enfin la transformation morphologique de l’hématite par adsorption d’ion ferreux. La différence de comportement de la magnétite et de l’hématite est essentiellement due à la nature électronique du solide : conducteur ou semi-conducteur.