Doctorat Etude des propriétés électrochimiques du graphène : application au contrôle de sa fonctionnalisation pour des applications environnementales

Le graphène peut être produit par différentes méthodes CVD, épitaxie, exfoliation mécanique, chimique ou électrochimique… Cependant, sa structure est plus ou moins proche de l’idéalité représentée par une seule feuille de carbone sp ² pur . En effet, selon la voie de préparation, le graphène présente un certain nombre de défauts : îlots, trous, liaisons pendantes, hétéro-atomes, etc. qui modifient significativement ses propriétés physico-chimiques. Des études récentes semblent converger sur les effets bénéfiques de la présence de défauts sur ses propriétés électrochimiques de réactivité de surface du graphène. Cependant, une très grande réactivité de surface se double d’une grande sensibilité du matériau aux phénomènes de pollution induits par son environnement immédiat. Cette sensibilité peut être un avantage ou un inconvénient majeur selon les applications ciblées. L’objectif de la thèse est donc d’apporter des réponses à une question scientifique fondamentale : quelles sont les corrélations entre les différents types de défauts du graphène et ses propriétés de réactivité électrochimique de surface ?

Ces recherches s’appuieront sur l’utilisation et le développement des techniques expérimentales du laboratoire : analyse structurale par spectroscopie RAMAN, et analyse chimique de surface par XPS et FTIR. L’étude de la cinétique et de la dynamique électrochimique sera réalisée sur les équipements électrochimiques du laboratoire. Ainsi que sur les techniques de microscopie en champ proche AFM et SECM en milieu liquide.

La première partie de la thèse consistera à développer des techniques de couplage permettant le suivi in ​​situ de la réponse électrochimique du graphène avec sa caractérisation par spectroscopie RAMAN afin de corréler l’activité électrochimique du matériau avec la nature et la présence des défauts du matériel. Le doctorant pourra s’appuyer sur les compétences développées au sein de l’équipe en termes de synthèse de matériaux et de modification de ceux-ci.

La deuxième partie des travaux portera sur le contrôle de la fonctionnalisation électrochimique des graphènes. Cette étude nécessitera le développement de caractérisations de la croissance de la couche fonctionnelle avec un suivi de la morphologie de la couche par AFM ou SECM.

L’étude de la cinétique et de la thermodynamique d’adsorption d’un cation métallique dans la couche fonctionnelle sera réalisée pour évaluer les propriétés de la couche greffée. L’objectif ici est d’optimiser la réponse électrochimique du cation.