Synthèse et caractérisation de nouveaux dérivés de MXènes pour le stockage et la conversion énergétique

Synthesis and characterization of new MXene derivatives for energy storage and conversion

• Auteur / Autrice : Mamadou Barry
• Direction : Michaël Depriester, François Delattre
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique physique et sciences des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 13/10/2022
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de dynamique et structure des matériaux moléculaires

Mots clés

Mots clés libres

MXènes

Ultrasons

Conversion énergétique

Aérogels

Groupes fonctionnels

Structures bidimensionnelles

Bidimensionnal structures

Aerogels

Energy conversion

Functional groups

Mxenes

Ultrasounds

Résumé

Le sujet de thèse MXeneRGY, proposé conjointement par les laboratoires UDSMM et UCEIV, s'inscrit dans la continuité d'un projet dit « équipements phares » de l'IRENE obtenu en 2020 et vise à produire des MXènes aux propriétés physiques nouvelles par modulation de leur composition ou du procédé de fabrication ainsi que par le greffage de groupes fonctionnels de terminaison. Les applications visées sont liées au stockage d'énergie et à la conversion énergétique puisqu'il a été montré le haut potentiel de ces structures en feuillets. En effet, les MXènes représentent la dernière génération après le graphène de matériaux inorganiques hautement conducteurs. Dans le projet MXeneRGY, les MXènes seront produits par délamination de la phase MAX à l'aide des solvants eutectiques profonds. Afin d'accélérer ce processus de délamination et d'empêcher la reformation de liaisons stables entre couches de Mxène, les ultrasons seront utilisés après une phase d'optimisation paramètrique. A la suite, les nanofeuillets de MXènes seront fonctionnalisés afin d'obtenir les propriétés physiques recherchées, notamment l'acquisition d'une conductivité supérieure pour améliorer l'efficacité de conversion lumière-thermique, de conversion thermoélectrique, de stockage de l'énergie thermique ou encore pour la fabrication d'électrodes organiques. Les structures produites seront dans un premier temps caractérisées structurellement. Les paramètres physiques reliés aux phénomènes de transport (conductivité électrique, mobilité, conductivité thermique, coefficient Seebeck) et ceux associés au stockage de l'énergie (chaleur latente, capacités électrique et thermique) seront ensuite mesurés et leurs valeurs interprétées au regard de leurs structures et compositions. Les résultats obtenus permettront de juger des potentialités de chacune des structures synthétisées pour les applications de thermoélectricité, de stockage de la chaleur, d'écran électromagnétique, de supercondensateur ou encore de cellules photovoltaïques.

This thesis project proposed jointly by the UDSMM and UCEIV laboratories is a continuation of a so-called “équipements phares” project from IRENE obtained in 2020 with the aim to produce Mxenes, a two-dimensional structure with outstanding physical properties. Its properties can be modulated by adjusting composition, manufacturing process and by the grafting of functional termination groups. These MXenes will be produced by delamination of the MAX phase using deep eutectic solvents. In order to accelerate this delamination process and prevent the reformation of stable bonds between Mxene stakes, an ultrasound treatment associated with parametric optimization will be carried out. Subsequently, the MXene nanosheets will be functionalized in order to obtain the desired physical properties, in particular the acquisition of a superior conductivity to improve light to thermal energy conversion, thermoelectric conversion, thermal energy storage efficiencies. These latter will also be used to manufacture of organic electrodes. The produced structures will be first characterized structurally. The related physical parameters to transport phenomena (electrical conductivity, mobility, thermal conductivity, Seebeck coefficient) and those associated with energy storage (latent heat, electrical and thermal capacities) will then be measured and their values interpreted accordingly to their structures and compositions. The obtained results will allow to assess the potential of each of the structures synthesized for thermoelectricity, heat storage, electromagnetic screen, supercapacitors or photovoltaic cells applications.