Purification et fonctionnalisation d'échantillons de nanotubes de carbone mono-feuillets : efficacité et sélectivité des traitements chimiques

Purification and functionalization of single-walled carbon nanotube samples : efficiency and selectivity of the chemical treatments

• Auteur / Autrice : Guillaume Mercier
• Direction : Brigitte Vigolo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 04/07/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Belmahi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascale Launois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Le Normand, Christophe Laurent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fonctionnalisation des surfaces (chimie)

Nanotubes

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Purification

Fonctionnalisation

Efficacité

Sélectivité

Carbon nanotubes

Purification

Functionalization

Efficiency

Selectivity

Résumé

La mise en évidence des nanotubes de carbone mono-feuillets (SWCNTs) en 1993 par S. Iijima a été une des découvertes qui a marqué la recherche dans le domaine des nanos. L'étude de leurs propriétés a révélé qu'elles étaient supérieures à celles de matériaux déjà connus et a laissé entrevoir un champ très large d'applications potentielles. Les méthodes de synthèse actuelles permettent de produire des SWCNTs en grande quantité. Cependant, les échantillons de SWCNTs peuvent être hétérogènes tant au niveau de leur composition (impuretés carbonées et métaux catalytiques) qu'en ce qui concerne les caractéristiques des SWCNTs eux-mêmes. Des traitements post-synthèses sont donc indispensables pour améliorer les caractéristiques des échantillons. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps mis en oeuvre une procédure de purification (multi-étape) couramment utilisée. En accord avec la littérature, l'optimisation des paramètres expérimentaux notamment en ce qui concerne le traitement d'oxydation n'a pas permis d'obtenir de bons rendements de purification et une sélectivité de réaction performante. Une méthode de purification alternative a été développée. Elle consiste essentiellement à un traitement thermique sous flux de dichlore. Elle a permis de diminuer significativement la proportion d'impuretés métalliques tout en préservant les nanotubes. Elle s'est également révélée efficace avec des échantillons produits selon différentes méthodes. L'autre difficulté majeure dans l'utilisation des nanotubes est leur processabilité. La modification de l'état de surface des nanotubes passe par la fonctionnalisation chimique. Pour cela, nous avons étudié le greffage de fonctions sondes

The discovery of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in 1993 by S. Iijima has been one of the milestones of scientific research in the domain of nanos. The study of their properties has revealed that they were superior to those of materials already known and has let to foresee a field of numerous potential applications. The actual methods of synthesis enable to produce SWCNTs in large quantities. However, the SWCNT samples can be heterogeneous regarding both their composition (carbonaceous and metal impurities) and the features of the as-produced SWCNTs. Post-synthesis treatments are therefore indispensable to improve the characteristics of the samples. In this work, firstly we have carried out a standard multi-step purification procedure. In agreement with literature, the optimization of experimental parameters notably those used for the oxidation treatment did not permit us to obtain neither good yields of purification nor efficient selectivity of reaction. An alternative purification method has thus been developed. It consists mainly in a thermal treatment under a dichlore stream. It has enabled to significantly decrease the proportion of metallic impurities in the samples while preserving the nanotubes. It has also shown that this new purification process was efficient with samples produced by different methods. The other main difficulty in using nanotubes is their processability. Chemical functionalization is then needed to modify nanotube surface properties. In that case, we have studied the grafting of probe functions