Maxime VINCENT
soutiendra sa thèse
Lundi 8 Décembre 2025 à 9h
(Amphithéâtre Balard de l’ICGM)
« Étude de composés Al−N−H dérivés de l’ammonia alane par spectroscopie RMN solide :
synthèse méthodologique, mécanismes de thermolyse et perspectives de réhydrogénation »
devant le jury composé de :
Sara CAVALIERE, Professeure des universités, Université de Montpellier – Examinatrice
Christel GERVAIS, Professeure des universités, Université Sorbonne – Rapporteuse
Bérangère TOURY, Professeure des universités, Université Claude Bernard Lyon 1 – Rapporteuse
Thibault CHARPENTIER, Directeur de recherche, NIMBE CEA Saclay – Invité
Umit B. DEMIRCI, Professeur des universités, Université de Montpellier – Directeur de thèse
Raphaël JANOT, Chargé de recherche CNRS, Université de Picardie Jules Verne – Co-directeur de thèse
Résumé
Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux vecteurs chimiques de l’hydrogène et s’est initialement intéressée à l’ammonia alane (AlH3NH3), un composé présentant une capacité gravimétrique élevée de 12,86 %m en hydrogène. L’orientation du travail s’est progressivement centrée sur une approche plus fondamentale, visant à identifier et caractériser les composés de type Al−N−H, encore très peu décrits dans la littérature.
Nous avons exploré et optimisé trois voies de synthèse : métathèse, cryo-broyage et réaction acide-base de Lewis, ce qui a permis d’obtenir une diversité d’échantillons représentatifs de cette chimie. L’étude a généré un ensemble de données par spectroscopie RMN MAS très riche, incluant les noyaux 1H, 7Li, 15N et 27Al. Des expériences avancées (CPMAS, MQMAS, HETCOR, REDOR) ont été réalisées, avec des déconvolutions fines et fiables à partir des MQMAS permettant de quantifier précisément les différents environnements d’aluminium et d’étudier l’influence de la montée en température sur les paramètres RMN, et par conséquent sur la structure moléculaire. Ces résultats ont été complétés par la spectroscopie infrarouge, couplée à des calculs DFT, et par la spectroscopie XPS.
Les traitements thermiques ont conduit à la formation de polymères Al−N−H, incluant le polyaminoalane, le polyiminoalane et des polymères intermédiaires, donnant lieu à des phases amorphes. Les analyses thermogravimétriques couplées à la spectrométrie de masse (ATG-MS) ont mis en évidence la libération d’hydrogène et d’ammoniac, permettant de proposer une première compréhension des mécanismes de décomposition.
Ces travaux constituent une première base de résultat
Abstract
This thesis is part of the development of new chemical hydrogen carriers and initially focused on ammonia alane (AlH3NH3), a compound with a high gravimetric hydrogen capacity of 12.86 wt%. As the work progressed, the research shifted towards a more fundamental approach, aiming to identify and characterize Al−N−H compounds, which remain scarcely documented in the literature.
We explored and optimized three synthetic routes: metathesis/dehydrogenation, cryo-milling, and Lewis acid–base reaction, which enabled us to obtain a diversity of samples representative of this chemistry. The study generated a rich set of solid-state NMR MAS data, including 1H, 7Li, 15N, and 27Al nuclei. Advanced experiments (MQMAS, HETCOR, CPMAS, REDOR) were performed, with highly reliable and detailed deconvolutions from the MQMAS, enabling precise quantification of aluminum environments and investigation of the effect of temperature on NMR parameters and, consequently, on the molecular structure. These results were complemented by infrared spectroscopy combined with DFT calculations and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
Thermal treatments led to the formation of Al−N−H polymers, including polyaminoalane, polyiminoalane, and intermediate polymers, resulting in amorphous phases. Thermogravimetric analyses coupled with mass spectrometry (TGA-MS) revealed hydrogen and ammonia release, providing initial insights into decomposition mechanisms.
Overall, this work establishes a baseline of experimental results and structural knowledge on Al−N−H materials, opening the way to further fundamental studies as well as potential applications in hydrogen storage.s et de données expérimentales sur les composés Al−N−H, fournissant des éléments structuraux et mécanistiques essentiels à la compréhension de cette famille de composés.
