De l’interêt du dichlore pour une élimination hautement sélective des impuretés métalliques et carbonées des nanotubes de carbone - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2019

Chlorine for a high selective elimination of metallic and carbonaceous impurities from carbon nanotubes

De l’interêt du dichlore pour une élimination hautement sélective des impuretés métalliques et carbonées des nanotubes de carbone

Abstract

Since their discovery, carbon nanomaterials such as carbon nanotubes (CNTs) and graphene have raised a great interest in the scientific community. Indeed, they are impressive materials thanks to their unique and remarkable properties: nanometric size and lightness, high chemical stability due to their all-carbon structure, high specific surface area. However, after their synthesis, available CNT samples contain impurities (metallic catalyst residues and carbonaceous). These unwanted particles hinder exploitation of the properties of the CNTs and thus prevent the scale-up transfer. This is the reason why a post-synthesis purification treatment is required. Existing standard methods are often too aggressive, time-consuming because of the multi steps involved and they lead to low sample yields. In this work, we have developed an alternative purification approach. The combination of two reactants in gas phase (chlorine and dioxygen) allowed us to propose an original method consisting of a one-pot treatment. Thanks to this simple technique, we were able to substantially enhance the removal selectivity of both metallic based and carbonaceous impurities while preserving CNT quality; the sample yields obtained with our method are indeed high. In addition to its simplicity and efficiency, this method is versatile since it has been successfully applied to various types of CNTs. Finally, these works have a significant social-economic impact and in terms of innovation because these purified CNTs can be used for sustainable development. The prepared CNT-based nanofluids have the potential to be utilized as heat transfer fluid in solar panels. We have also shown that these carbon nanomaterials, once being functionalized, had a high interest in green synthesis methods, in particular in enzymatic biocatalysis.
Les nanomatériaux carbonés tels que les nanotubes de carbone (CNTs) et le graphène, suscitent un engouement certain dans toute la communauté scientifique depuis leur découverte. En effet, leur taille nanométrique et leur structure unique leur confèrent de nombreuses propriétés jusqu'alors inégalées par les matériaux connus. Grâce à leur nature « tout-carbone », ils sont stables chimiquement, possèdent une bonne tenue mécanique et une surface spécifique élevée. Cependant les échantillons produits et disponibles pour développer des applications contiennent inévitablement des impuretés (de nature métallique et carbonée). Ces dernières gênent considérablement l’exploitation des propriétés des CNTs et le transfert technologique vers les applications potentielles. Un traitement de purification post-synthèse de ces nanoparticules s’avère donc indispensable. Des méthodes de purification existent mais ne sont pas satisfaisantes puisqu’elles sont multi-étapes, chronophages, complexes et à faible rendement. Ce travail de thèse avait pour objectif de développer une méthode alternative de purification des CNTs. L’utilisation d’un couplage de gaz réactionnels (le dichlore et le dioxygène) a permis de proposer une approche originale qui requiert un seul traitement et qui permet d’augmenter substantiellement la sélectivité d’élimination des impuretés tout en préservant les CNTs. Les rendements obtenus par cette méthode sont donc élevés. En plus de sa simplicité et de son efficacité, ce traitement a l’énorme avantage de convenir à plusieurs types d’échantillons de CNTs. Enfin, ces travaux ont un fort impact en termes socio-économique et d’innovation puisque ces nanoparticules sont au service du développement durable. Les échantillons de CNTs purifiés obtenus ont notamment été testés pour la production de nanofluides pour des applications de transfert thermique dans les panneaux solaires. Nous avons également montré que ces nanomatériaux, une fois fonctionnalisés, présentaient un intérêt certain dans les procédés de synthèse verts, notamment en bio-catalyse enzymatique.
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tel-02516906 , version 1 (24-03-2020)

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  • HAL Id : tel-02516906 , version 1

Cite

Nawal Berrada. De l’interêt du dichlore pour une élimination hautement sélective des impuretés métalliques et carbonées des nanotubes de carbone. Matériaux. Université de Lorraine, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LORR0164⟩. ⟨tel-02516906⟩
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