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Physicochimie des milieux nanoporeux : simulations moléculaires

par Benjamin Rotenberg - 1er janvier

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Argiles

Nous étudions les argiles, minéraux aluminosilicates lamellaires très courants dans la nature, par simulation moléculaire pour comprendre les propriétés de transport et de rétention de l’eau et des ions, ce qui se passe en présence de CO2, ou encore le comportement à la fois hydrophile et hydrophobe des surfaces de talc. Par simulations ab-initio, il est enfin possible d’estimer l’acidité des différents site en bordure de feuillets.

Dans le cadre de la thèse de Wilfried Louisfrema en collaboration avec Anne Boutin (ENS) nous étudions également les ions dans les zéolithes, aluminosilicates à la nanoporosité tri-dimensionnelle. Nous nous intéresserons plus particulièrement au cas des ions lourds.

Publications choisies
- Molecular Simulation of CO2- and CO3-Brine-Mineral Systems
L.H. Hamm, I.C. Bourg, A.F. Wallace et B. Rotenberg, Rev. Mineral. Geochem., 77, 189 (2013)
- Absolute acidity of clay edge sites from ab-initio simulations
S. Tazi, B. Rotenberg, M. Salanne, M. Sprik and M. Sulpizi, Geochimica et Cosmochimica Acta, 94, 1 (2012)
- Molecular explanation for why talc surfaces can be both hydrophilic and hydrophobic
B. Rotenberg, A.J. Patel, D. Chandler, J. Am. Chem. Soc., 133, 20521 (2011)
- Carbon Dioxide in Montmorillonite Clay Hydrates : Thermodynamics, Structure, and Transport from Molecular Simulation
A. Botan, B. Rotenberg, V. Marry, P. Turq and B. Noetinger, J. Phys. Chem. C, 114, 14962 (2010)
- Water and ions in clays : Unraveling the interlayer/micropore exchange using molecular dynamics
B. Rotenberg, V. Marry, R. Vuilleumier, N. Malikova, C. Simon and P. Turq, Geochim. Cosmochim. Acta, 71, 5089 (2007)

Supercondensateurs

Nous simulons des liquides ioniques confinés entre des électrodes à base de carbone nanoporeux, pour comprendre l’origine des très fortes capacités observées dans les supercondensateurs. Ceci nous a permis de préciser l’influence du confinement et de la (dé)solvatation sur les propriétés de stockage de charge. Plus récemment, nous avons étudié à l’échelle moléculaire la dynamique de charge dans ces systèmes et fait le lien avec les modèles simplifiés utilisés en électrochimie.

Pour comprendre l’effet du confinement, il faut également étudier ce qui se passe sur des électrodes planes (situation de référence). Nous avons étudié différents liquides ioniques et l’effet de la solvatation. Nous avons de plus démontré l’importance de la prise en compte de la polarisation de l’électrode pour décrire correctement ces interfaces.

Publications choisies
- On the dynamics of charging in nanoporous carbon-based supercapacitors
C. Péan, C. Merlet, B. Rotenberg, P.A. Madden, P.L. Taberna, B. Daffos, M. Salann et P. Simon, ACS Nano, 8 1576 (2014)
- Highly confined ions store charge more efficiently in supercapacitors
C. Merlet, C. Péan, B. Rotenberg, P.A. Madden, B. Daffos, P.-L. Taberna, P. Simon et M. Salanne, Nature Comm., 4, 2701 (2013)
- Computer simulations of ionic liquids at electrochemical interfaces
C. Merlet, B. Rotenberg, P.A. Madden et M. Salanne, Phys. Chem. Chem. Phys., 15, 15781 (2013)
- Simulating Supercapacitors : Can We Model Electrodes As Constant Charge Surfaces ?
C. Merlet, C. Péan, B. Rotenberg, P.A. Madden, P. Simon and M. Salanne, J. Phys. Chem. Lett., 4, 264 (2013)
- On the molecular origin of supercapacitance in nanoporous carbon electrodes
C. Merlet, B. Rotenberg, P.A. Madden, P.-L. Taberna, P. Simon, Y. Gogotsi et M. Salanne, Nature Mater., 11, 306 (2012)

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