Synthèse par voie électrochimique de nanostructures de polymères conducteurs sans emploi d'une matrice support : applications aux (bio)capteurs

Electrochemical synthesis of conducting polymers nanostructures without using a template : applications to the (bio)sensors

• Auteur / Autrice : Ahmed Fakhry
• Direction : Catherine Debiemme-Chouvy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 08/10/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Bidan, François Tran Van, Hafsa Korri-Youssoufi, Mohamed Chehimi, Didier Devilliers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanostructures

Polymérisation

Mots clés libres

Polypyrrole

Nanostructures

Électropolymérisation

Polypyrrole suroxydé

PH interfacial

(bio)capteurs

Overoxydized polypyrrole

Electropolymerization

Résumé

Parmi tous les polymères conducteurs, le polypyrrole est l’un des plus utilisés notamment à cause de ses propriétés telles que la facilité de préparation, la stabilité environnementale et la biocompatibilité qui permettent son utilisation dans de très nombreuses applications. Le polypyrrole peut être préparé par polymérisation chimique ou électrochimique, cette dernière méthode étant la plus appropriée si on souhaite entre autre contrôler l’épaisseur du film de polypyrrole déposé. Les nanostructures de polypyrrole sont généralement synthétisées en présence de gabarits (« soft-template » ou « hard-template »).Le but de cette thèse est orienté suivant deux axes. Il s’agit dans un premier temps de synthétiser des (nano)structures de polymère conducteur par voie électrochimique et sans emploi d’une matrice support. Puis dans un second temps, d’utiliser ces (nano)structures dans des applications de type (bio)capteurs.Le premier chapitre de cette thèse établit une revue de l’état de l’art concernant la synthèse, les propriétés et les applications des polymères conducteurs. Dans le deuxième chapitre de ce manuscrit, nous décrivons le matériel et les différentes techniques de caractérisation utilisées au cours de ce travail. Le troisième chapitre s’articule autour de la synthèse par voie électrochimique de films de polypyrrole suroxydé et de nanostructures de polypyrrole, alors que le quatrième chapitre présente les résultats de l’étude de l’influence de différents paramètres expérimentaux à savoir le potentiel appliqué, la durée de polarisation, le pH de la solution de pyrrole et la concentration en pyrrole et en anions d’acide faible. Dans le cinquième chapitre nous discutons les différents mécanismes de formation de (nano)structures de polypyrrole décrits dans la littérature en nous basant notamment sur les expériences de suivi du pH interfacial au cours de la polymérisation. Nous proposons également un mécanisme en accord avec les résultats obtenus avec des monomères de pyrrole ou d’EDOT. Le sixième et dernier chapitre est consacré aux applications étudiées à savoir les (bio)capteurs de glucose et de pH et la synthèse de polypyrrole sur des électrodes de titane et sur des fibres de carbone.

Polypyrrole is one of the most widely investigated conducting polymer notably due to its high conductivity under its doped oxidized form, its biocompatibility and good stability in air and aqueous media allowing its use for various applications. Polypyrrole can be synthesized either by a chemical oxidation (powder) or electrochemical oxidation (film coating). To control over the location and the thickness of the deposit, the electropolymerization can be considered as the main method. Polypyrrole nanostructures are usually synthesized in the presence of templates (hard-templates or soft-templates).The aim of this PhD thesis is oriented towards two directions. In the first one, we synthesized polypyrrole nanostructures by electropolymerization and without using a template. Then we used these nanostructures as a material for various applications including (bio)chemical sensors.The first chapter of this thesis establishes a review of the state of the art concerning the synthesis, properties and applications of conducting polymers. In the second chapter of this manuscript, we describe the equipment and various characterization techniques used in this work. The third chapter focuses on the electrochemical synthesis of overoxydized polypyrrole and polypyrrole (nano)structures, while the fourth chapter presents the results of the study of the influence of various experimental parameters. In the fifth chapter we discuss the different formation mechanisms of polypyrrole (nano)structures described in the literature based in particular on the experiences of interfacial pH monitoring during the polymerization. We also propose a mechanism in accordance with the results obtained with pyrrole or EDOT monomers. The sixth and final chapter is devoted to the applications studied namely the glucose and pH (bio)sensors and synthesis of polypyrrole on titanium electrodes and carbon nanofibers.