Aziz Ghoufi

Maître de conférences (Groupe simulation moléculaire)

Aziz Ghoufi

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Groupe simulation moléculaire

A l’interface de la physique et de la chimie l’étude de fluides aux interfaces est un terrain de choix pour des « expériences numériques » de type moléculaires. Ces approches permettent d’interpréter et de prédire les grandeurs macroscopiques par une description fine des interactions moléculaires et mésoscopiques. Ainsi, nous développons des approches originales permettant de sonder la structure et la dynamique de ces liquides et de gaz confinés dans des matrices poreuses (CNT, graphène,  MOFs, polymères) et/ou adsorbés aux interfaces…

Actualités

https://journals.aps.org/pre/kaleidoscope/pre/99/6/062607

Kaleidoscope - PRE - June 2019

Il y a un an: Conférence IPR:

Mai 2019 Bellaigue Antoine, LAUZIER Alain-Baptiste, Chausson Alexandre rejoignent le groupe simulation moléculaire en tant que stagiaires de L3 P et C durant 2 mois.

Avril 2019 Séparation de phase à l’échelle nanométrique Ou comment rendre un mélange miscible immiscible

Ces dernières années, l’émergence des Nanosciences a ouvert la voie à la manipulation de fluides dans des structures de dimension nanométrique. Il a été ainsi montré des comportements physiques nouveaux dû à la prépondérance des effets de surface à cette échelle. 
Récemment, en confinant dans un nanotube de silice hydrophile, un mélange initialement miscible (alcool/hydrocarbure), il a été montré par diffraction de neutrons [1], la formation d’une structure cœur-coquille (Figure 1). En utilisant différents modèles théoriques, il a été suggéré que les molécules d’alcool (tert-butanol) étaient ségrégées à la surface du nanotube tandis que celles de l’hydrocarbure (toluène) se retrouvaient rejetées au cœur du nanotube.
En utilisant la simulation moléculaire et des calculs de propriétés locales comme la tension de surface, des chercheurs de l’Institut de Physique de Rennes, ont reproduit quantitativement ce phénomène et démontré de manière univoque la séparation à l’échelle nanométrique d’un mélange binaire macroscopiquement miscible (Figure 1). Dans le cas du nanotube de silice, ils ont montré que la séparation de phase était reliée à la chimie de surface et à un réseau de liaisons hydrogène s’établissant entre la surface de silice et l’alcool. Ils ont aussi établi la possibilité de contrôler cette « nano-démixtion » en ajustant l’hydrophobicité du matériau poreux. Ainsi, en confinant ce même mélange dans un nanotube de carbone, l’organisation cœur-coquille a pu être inversée. En effet, tandis que le toluène s’accumule à la surface par interactions hydrophobes, l’alcool se retrouve piégé au centre du pore où les molécules optimisent leur  réseau de liaisons hydrogène. Ce travail ouvre ainsi la voie à la nanostructuration contrôlée de fluides multiconstituants par confinement.
 
[1] A.R. Abdel Hamid et al., J. Phys. Chem. C, 120, 9245, 2016.
 
Ces travaux sont publiés dans NPJ Computational Materials
Référence :
Ilham Essafri, Denis Morineau et Aziz Ghoufi
Microphase separation of a miscible binary liquid mixture under confinement at the nanoscale
Npj computational Materials, 5, 42, 2019.
 

Illustration de la séparation de phase sous confinement nanométrique

Mars 2019 Molecular decrypting of the anomalous dynamics of a confined gas in a Metal-Organics Framework material
 

Researchers from the “Institut de Physique de Rennes” (A. Ghoufi) and from the “Institut des Sciences Chimiques de Rennes” (N. Audebrand, L. Le Pollès, C. Roiland, T. Bataille et R. Boulé) just decrypted the microscopic mechanisms ruling the anomalous dynamics of confined methanol in the soft NH2-MIL-53 (Al) Metal Organic-Framework (MOF). This porous material is flexible and can undergo a reversible structural transition from external stimuli as electrical field or mechanical pressure. This flexibility can therefore strongly impact the dynamics of guest molecules and affect the macroscopic properties such as gas adsorption, storage and separation. By combining Monte Carlo and Molecular Dynamics simulations, rotational and translational dynamics of confined methanol have been examined.

This study allowed us to shed light on the interplay of dynamics of confined fluids and flexibility of porous material and to highlight the physical insights in diffusion mechanisms of confined molecules. Anomalous translational diffusion was evidenced due to a dynamical heterogeneity caused by a combination of a localized dynamics at the sub-nanometric scale and translational jumps between nano-domains in a zigzag scheme between the hydroxide group of the NH2-MIL-53 (Al). Actually, the non-Fickian dynamics of methanol is the result of the specific host-guest interactions and the MOF flexibility involving the pore opening. Eventually, a decoupling between both rotational and translational dynamics related to a breaking in the Stockes-Einstein relation was highlighted. These mechanisms are illustrated in the Figure below.

Illustration of molecular mechanisms ruling the methanol dynamics

Décembre 2018 A venir dans Science-Ouest - 'Dessaler l’eau de mer à moindre coût'
SO n° 367 – p.7 https://www.espace-sciences.org/sciences-ouest/367/actualite/mieux-dessaler-l-eau-de-mer
 

Mieux dessaler

24/11/2018 Article Ouest-France - 'il veut rendre abordable le dessalement'
 

Nano-dessalement

29/10/2018 - Actualités INP (2018)

Des simulations numériques ont montré que le nitrure de bore hexagonal constitue un matériau nanoporeux très efficace pour le dessalement de l'eau de mer à moindre coût.
Ce résultat a débouché sur la réalisation de membranes en cour de test.
 

Vers un nouveau nanomatériau pour dessaler l'eau de mer

 

01/10/2018 - Hengli Zhao rejoint le groupe simulation moléculaire en tant que doctorant

Le groupe simulation moléculaire du département Matériaux Nanosciences souhaite la bienvenue à Hengli Zhao qui nous a rejoints le 1er octobre en tant que doctorant. Il explorera numériquement les effets de l’application d'une contrainte mécanique sur les performances d'adsorption/séparation de gaz dans des matériaux poreux de type MOFs. Cette thèse encadrée par A. Ghoufi s’inscrit dans le cadre de l’ANR Meacopa en collaboration avec le groupe DAMP de Montpellier, MADIREL de Marseille et IMAP de l’ENS/ESPCI de Paris.
 

Hengli Zhao

27/09/2018 - Actualités INC (2017)

Chaque année, en décembre, sont publiées les actualités de l’Institut National de Chimie (INC). A ce titre retrouvez les travaux du département groupe simulation moléculaire de l’IPR (page 26) dans les Actualités 2017 En bref de l’INC.
 

PDF iconBilan actu INC 2017  (4.23Mo)

 

Production scientifique