Graphene organic hybrid materials

par Andrea Schlierf

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Paolo Samori.

Le président du jury était Alberto Bianco.

Le jury était composé de Vincenzo Palermo.

Les rapporteurs étaient Jerome Cornil, Pascal Ruffieux.

  • Titre traduit

    Matériaux hybrides organiques à base de graphène


  • Résumé

    En 2004, le carbone, la base de toute vie connue sur Terre, a marqué les esprits une fois de plus: Les scientifiques de l’Université de Manchester au Royaume Uni ont pu extraire une matière carbonée complètement nouvelle, le graphène à partir d’un morceau de graphite comme celui qui compose les crayons. À l’aide d’un ruban adhésif, ils ont obtenu une paillette de carbone de l’épaisseur d’un atome seulement, à une époque où beaucoup pensaient qu’un matériaux cristallin aussi fin ne pouvait pas être stable. Le graphène parfait est une couche monoatomique composée d’atomes de carbone hybridés sp2, arrangés en structure alvéolaire; sa structure chimique particulière lui donne des propriétés physiques et chimique remarquable. Le graphène est devenu rapidement la matière carbonée la plus intensivement étudiée parmi celles «possiblement révolutionnaires», avec ses applications potentielles s’étendant de la microélectronique aux composites, des énergies renouvelables à la médecine. En 2010, Geim et Novoselov ont été récompensés par le prix Nobel de physique pour leurs «expériences révolutionnaires sur les matériaux bi-dimensionnels en graphène» qui a ouvert une nouvelle ère dans la science des matières carbonées.La chimie non-covalente du graphène est exploitée et étudiée dans cette thèse dans le but de concevoir, produire, transformer et caractériser les nouveaux matériaux hybrides graphène-organique. L’étendue de ce travail couvre les aspects mécanistiques de l’exfoliation en phase liquide du graphène avec des colorants, les aspects fondamentaux des interactions entre le graphène et le chromophore, en phase liquide et solide, ainsi que l’élaboration de suspensions hybrides de graphène dans le but d‘applications en électronique organique et dans les matériaux composites polymères fonctionnels.


  • Résumé

    In 2004, carbon, the basis of all known life on earth, has surprised once again: Researchers from University of Manchester, UK, extracted a completely new carbon material, graphene, from a piece of graphite such as is found in pencils. Using adhesive tape, they obtained a flake of carbon with a thickness of just one single atom, at a time when many believed it impossible for such thin crystalline materials to be stable. Pristine graphene is a mono-atomic sheet of, sp2 hybridized carbon atoms arranged in a honeycomb network; this particular chemical structure gives rise to its outstanding physical and chemical properties. Graphene rapidly became the most intensively studied among the ‘possibly revolutionary’carbon materials, with its potential applications reaching from microelectronics to composites, from renewable energy to medicine. In 2010, Geim and Novoselov were honored with the Nobel Prize in Physics for their “ground breaking experiments regarding the two-dimensional material graphene” that started a new era in the science of carbon materials.In this thesis we exploit and study the non-covalent chemistry of graphene to design, produce, process and characterize novel graphene organic hybrid materials. The scope of this work covers mechanistic aspects of graphene liquid phase exfoliation with dyes, fundamental aspects of graphene chromophore interactions in liquid and solid phase and the formulation of graphene hybrid suspensions towards application in organic electronics and functional polymer composite materials.


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