Fonctionnalisation non covalente de nanotubes de carbone avec de nouveaux ligands aromatiques conjugués pour la détection sélective des polluants de l'eau

Noncovalent functionalization of carbon nanotubes with new conjugated aromatic ligands for selective detection of water pollutants

• Auteur / Autrice : Aram Nasiri
• Direction : Yvan Bonnassieux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPICM - Laboratoire des Interfaces et des Couches Minces
• Jury : Président / Présidente : Paolo Bondavalli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoit Piro, Vincent Derycke, Camilla NOé, Yvan Bonnassieux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benoit Piro, Vincent Derycke

Mots clés

Mots clés libres

Impression jet d’encre

Capteurs chimiques résistifs

Fonctionnalisation non covalente

Microscopie électronique

Multiparameter sensors

Qualité de l’eau

Inkjet Printing

Chemiresistive chemical sensors

Noncovalent functionalization

Electronic microscopy

Capteurs multiparamètres

Water quality

Résumé

La nanotechnologie a significativement traité les problèmes mondiaux, améliorant notamment l'accès à l'eau potable. Le changement climatique aggrave le déclin de la qualité de l'eau, nécessitant des solutions innovantes. Les capteurs nanotechnologiques offrent une analyse à distance de la qualité de l'eau, cruciale pour la prise de décision en gestion de crise. Ces avancées visent à atténuer la pénurie mondiale continue d'eau potable, avec des avantages potentiels à long terme. La première partie de ce travail explore les nanotubes de carbone (CNT) en tant que nanomatériaux bidimensionnels pour améliorer la fiabilité des dispositifs résistifs. Elle souligne l'importance de comprendre et de traiter les CNT en film mince pour garantir leur fiabilité électronique et chimique. Un nouveau processus de purification est introduit pour éliminer la matière amorphe indésirable, améliorant l'efficacité des processus humides et des dépôts de CNT à base de solvants. Cette approche vise à restaurer la confiance dans ces méthodes rentables et évolutives, en répondant aux préoccupations précédentes concernant la mauvaise qualité et la forte teneur en matière amorphe. Dans le deuxième chapitre expérimental, les CNT ont été étudiés en profondeur pour leur capacité électronique et chimique parallèle à créer des nanohybrides avec des molécules conjuguées, appelées fonctionnalisation π-π non covalente. Différentes méthodes de fonctionnalisation non covalente ont été soigneusement comparées, et finalement la méthode d'incubation a été choisie à la fois pour ses résultats plus prometteurs en termes de fonctionnalisation et sa parfaite compatibilité avec la méthode de traitement en film mince développée dans la première partie. Grâce à une mentalité de développement de processus, les nanohybrides résultants étaient accessibles en films minces et ont été prouvés pour leurs performances électroniques et chimiques élevées. Enfin, ces films minces préparés ont été intégrés dans différents concepts de dispositifs résistifs et ont été caractérisés contre différents analytes dans l'eau. Les résultats des dispositifs sont préliminaires, mais prometteurs dans le domaine de l'analyse de la qualité de l'eau pour inspirer davantage d'études sur le développement de capteurs.

Nanotechnology has significantly addressed global issues, notably improving access to clean drinking water. Climate change exacerbates water quality decline, necessitating innovative solutions. Nanotech-driven sensors offer remote water quality analysis, crucial for decision-making in crisis management. These advancements aim to alleviate the ongoing drinking water scarcity worldwide, with potential long-term benefits. The first part of this work explores carbon nanotubes (CNTs) as 2D nanomaterials for enhancing the reliability of resistive devices. It emphasizes the importance of understanding and treating CNTs in thin film to ensure electronic and chemical reliability. A new purification process is introduced to eliminate unwanted amorphous matter, enhancing the effectiveness of wet processes and solvent-based depositions of CNTs. This approach aims to restore trust in these cost-effective and scalable methods, addressing previous concerns about poor quality and high amorphous content. In the second experimental chapter, CNTs underwent extensive studies for their parallel electronic and chemical capability to create nanohybrids with conjugated molecules, referred to as noncovalent π-π functionalization. Different methods of noncovalent functionalization were thoroughly compared, and finally incubation method was chosen both for its more promising results in terms of functionalization and its perfect compatibility with the thin-film treatment method developed in the first part. Thanks to a process development mindset, the resulting nanohybrids were accessible in thin-films and proven for their highly electronic and chemical performances. Finally, these prepared thin-films were integrated into different resistive device concepts, and were characterized against different analytes in water. The results of the devices are preliminary, but promising in the domain of water quality analysis to inspire more studies on the development of sensors.