Décharges électriques à l’interface d’une biphase contenant des composés organonickel : stratégies de stabilisation des émulsions

Abstract

La génération de décharges électriques de haute tension dans un liquide est une méthode couramment étudiée en physique des plasmas, particulièrement pour la synthèse de nanomatériaux. En effet, les décharges électriques génèrent des plasmas dans les liquides de façon localisées sous forme de bulle de cavitation, le plus souvent à la pointe de l’électrode selon la configuration du système. Très récemment, des décharges générées proche de l’interface d’une biphase conduisant à l’émulsification d’une solution aqueuse de sel métallique ont commencées à être étudiées. Dans ce mémoire, de nouveaux types de précurseurs ont été élaborés pour leur bonne affinité avec ce type de système, à des fins de stabilisation de l’émulsion formée. Plusieurs ligands issus des familles pyridine-imidazole (Py(im)) et bipyridine (Bipy) ont ainsi été synthétisés et associées aux ions nickel pour obtenir des complexes de coordinations aux propriétés variées. Les structures des ligands et des complexes synthétisés ont été analysés par spectroscopie UV-visible et spectrométrie de masse, puis leurs propriétés de solubilité ont été évaluées. Les complexes hydrosolubles de Py(im)H ont ensuite été introduits dans le système pour la production de décharges électriques. Les propriétés des décharges et d’émulsification ont été suivies en utilisant des diagnostics électriques et une caméra ultrarapide. Les émulsions ont ensuite été observées par microscopie optique afin de déterminer les tailles des gouttelettes obtenues et leur distribution en nombre. La spectroscopie UV-Vis a aussi permis de suivre la cinétique de déstabilisation des émulsions. Dans l'ensemble, les émulsions issues des complexes de Py(im)H sont plus denses et plus stables que celles issues des solutions de sel métalliques. The generation of high-voltage electrical discharges in a liquid is a method commonly studied in plasma physics, particularly for the synthesis of nanomaterials. Electrical discharges generate localized plasmas in liquids in the form of cavitation bubbles, most often at the tip of the electrode depending on the configuration of the system. Very recently, discharges generated near the interface of a two-phase system leading to the emulsification of an aqueous metal salt solution have been investigated. In this thesis, new types of precursors were developed for their good affinity with this type of system, for the purpose of stabilizing the formed emulsion. Several ligands from the pyridine-imidazol (Py(im)) and bipyridine (Bipy) families were synthesized and combined with nickel ions to produce coordination complexes with a wide range of properties. The structures of the ligands and complexes synthesized were analyzed by UV-visible spectroscopy and mass spectrometry, and their solubility properties were evaluated. Water-soluble Py(im)H complexes were then introduced into the electrical discharge system. Discharge and emulsification properties were monitored using electrical diagnostics and an ultra-fast camera. The emulsions were then observed by optical microscopy to determine the droplet sizes obtained and their number distribution. UV-Vis spectroscopy was also used to monitor emulsion destabilization kinetics. Overall, emulsions from Py(im)H complexes were denser and more stable than those obtained from metal salt solutions.