Nanofluorures de métaux à structures hiérarchisées

Nanofluorides of metals with hierarchized structures

• Auteur / Autrice : Léa Doubtsof
• Direction : Katia Guerin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 06/12/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....) - Institut de Chimie de Clermont-Ferrand - Clermont Auvergne / ICCF
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Flahaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katia Guerin, Dominique Bégin, Pierre Bonnet, Christine Taviot-Gueho
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laure Monconduit, Dominique Bégin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluoration

Mots clés libres

Nanofluorures

Nanocarbones

Hiérarchisation structurelle

Fluoration

Microscopies électroniques

DRX et analyses PDF

Electrochimie

Batterie au lithium

Nanofluorides

Nanocarbons

Structural hierarchisation

Fluorination

Electronic microscopies

XRD and PDF

Electrochemistry

Lithium-ion battery

Résumé

Plusieurs structures hiérarchisées des fluorures de fer et de nickel avec des matrices carbonées ou métalliques ont été obtenues par deux voies de fluoration : fluoration gaz-solide de nanoparticules par le fluor moléculaire pur ou par fluoration en milieu liquide via l’agent fluorant NH 4 F. Les différentes nanostructures des matériaux ainsi préparées ont été caractérisées par les techniques classiques de microscopies électroniques, de spectroscopies vibrationnelles (infrarouge et Raman) ou encore d’analyse thermogravimétrique. En complément, la diffraction des rayons X a permis d’étudier les matériaux tant à l’ordre global, qu’à l’ordre local par affinement et analyse PDF sous rayonnement synchrotron. Ainsi, les conditions de synthèse et les mécanismes de formation de différents assemblages de type 0D avec des structures core-shell nickel/fluorure de nickel ; mais aussi 1D avec des nanotubes de carbone double parois remplis par du fluorure de fer, ou encore 3D (« flower-like ») avec le greffage de nanoparticules de fluorures de nickel en surface de nanotubes de carbone simple ou multi parois ont pu être appréhendés. Finalement, les nanostructures les plus adaptées à la diffusion des ions lithium (particules core-shell et flower-like) ont finalement été testées comme matériaux de cathode.

Some hierarchized structures made of iron or nickel fluorides together with carbonaceous or metallic matrix were obtained owing to two fluorination ways : solid-gas fluorination proceeding by pure molecular fluorine gas or fluorination in liquid media using NH 4 F in solution. The different nanostructures have been characterized thanks to classical technics such as electronic microscopies, vibrational spectroscopies (infrared and Raman) or thermogravimetric analysis. Many attentions have been paid to determine the global and local structures by using X-ray diffraction, refinement of the diffraction pattern by Rietveld analysis or Pair Distribution Function analysis on pattern registered on synchrotron. So, the synthesis conditions and the formation mechanism of various assemblies have been carried out on 0D core-shell nickel/ nickel fluoride, 1D double-walled carbon nanotubes filled with iron fluoride or 3D single and multi-walled carbon nanotubes decorated with flower-like nickel fluoride. Finally, the nanostructures the most favorable to lithium-ion diffusion (core-shell and flower like nanostructures) have been used as electrode in secondary lithium batteries.