Les métaux des terres rares sont essentiels pour les applications high-tech dans les batteries, l'électronique et d'autres dispositifs liés aux énergies renouvelables. En raison de la demande croissante et des risques associés à l'approvisionnement, le recyclage est devenu une priorité stratégique. L'extraction liquide-liquide est un processus clé pour la séparation des métaux, mais elle rencontre des défis en matière de durabilité, notamment l'utilisation de solvants volatils et non durables.
Les nanoparticules hybrides liquides (liquid hybrid nanoparticles, LHNs) sont une nouvelle classe de systèmes de prochaine génération qui combinent fluidité et porosité permanente des adsorbants solides. Également appelées liquides poreux de Type I dans le contexte de la séparation des gaz, elles se composent de nanosphères creuses de silice, greffées extérieurement avec une couronne organique pour assurer fluidité et compatibilité, et fonctionnalisées intérieurement avec des groupes sélectifs pour cibler la capture de cations spécifiques. L'étude de tels systèmes complexes est difficile avec des approches purement expérimentales et empiriques. Ce projet de thèse vise donc à concevoir des LHNs à l'aide de simulations de dynamique moléculaire de pointe, permettant une étude détaillée de la solvatation, des interfaces et du confinement à des échelles de temps et de taille pertinentes.
Les principaux objectifs de cette thèse sont :
- Révéler les caractéristiques structurelles de la couronne organique déterminant la viscosité et l'hydrophobie des LHNs ;
- Étudier les interfaces entre les LHNs et les solutions aqueuses d'ions métalliques pour résoudre la structure interfaciale liquide-liquide et le transport entre les phases ;
- Explorer l'accessibilité des pores et les sites d'adsorption préférentiels pour les cations.
Les méthodes utilisées incluront des simulations avec des champs de force polarisables, des potentiels d'interaction basés sur l'apprentissage automatique et des calculs chimiques quantiques. Les résultats du projet devraient répondre à des défis sociétaux importants liés à la durabilité, à l'efficacité des ressources et aux stratégies d'économie circulaire.