Elaboration par mécanosynthèse de pérovskites hybrides 3D, 2D et quasi-2D et de composites MAPbI3⁷graphite : mécanismes et applications potentielles

Mechanosynthesis of 3D, 2D and quasi-2D hybrid perovskites and MAPbI3@graphite composites : mechanisms and potential applications

• Auteur / Autrice : Yihui Cai
• Direction : Dominique Bégin, Sylvie Bégin-Colin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2024
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Clément Sanchez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anna Fischer, Nathalie Viart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Guillemoles, Vanessa Fierro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détecteurs de photons

Absorption et adsorption

Ondes électromagnétiques

Mécanosynthèse

Pérovskites

Mots clés libres

Pérovskites hybrides

Mécanosynthèse

Défauts de surface

Composites avec le graphite

Absorption d'ondes électromagnétiques

Photodétection

Hybrid perovskites

Mechanosynthesis

Surface defects

Graphite composites

Electromagnetic wave absorption

Photodetection

Résumé

Les pérovskites hybrides (PH) sont prometteuses pour des applications optoélectroniques au-delà de la photovoltaïque, avec d'autres applications explorées ici. Un défi majeur est d'obtenir une synthèse reproductible, pure et évolutive. La mécanosynthèse (MS), une méthode verte sans solvant, a permis de synthétiser des composites 3D PH MAPbI3 et graphite en 30 minutes, avec des propriétés similaires à celles des MAPbI3 à base de solvant. Le broyage prolongé a introduit des défauts, améliorant l'absorption des ondes électromagnétiques. Des PHs 2D purs n=1 et leurs composites ont été synthétisés avec succès avec trois ammoniums différents. Les PHs de faible dimension (n>2) ont montré une plus grande hétérogénéité de composition. La compaction des poudres de PHs 3D, 2D et quasi 2D a induit une préservation de la taille des grains, l’apparition d’une orientation préférentielle et une diminution de la réabsorption améliorant ainsi leur photoluminescence. Au niveau photodétection, le graphite a amélioré leur performance et les PHs (n>2) à la base phényléthylammonium ont montré des performances très prometteuses.

Hybrid perovskites (HPs) are promising for optoelectronic applications beyond photovoltaics, with other application explored here. A main challenge is achieving reproducible, pure, and scalable synthesis. Mechanosynthesis (MS), a green and solvent-free method, was used to synthesize 3D HP MAPbI3 and graphite composites in 30 minutes, yielding properties similar to solvent-based MAPbI3. Extended grinding introduced defects, enhancing electromagnetic wave absorption. MS was also applied to low-dimensional HPs (n=1–3) with different ammoniums. Pure n=1 2D HPs and composites were synthesized successfully, while n>2 showed compositional heterogeneity. The compaction of 3D, 2D and quasi-2D PHs powders resulted in the preservation of grain size, the appearance of a preferential orientation and a reduction in reabsorption, thereby improving their photoluminescence. Graphite improved photodetection performance and phenylethylammonium-based PHs (n>2) showed very promising results.