Matériaux hybrides pour de potentielles applications thermoélectriques

par Marion Galmiche

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-Michel Rueff.

Soutenue en 2016

à Caen , dans le cadre de Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....) , en partenariat avec École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016) (laboratoire) et de Normandie Université (2015-....) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jacques Devaux.

Le jury était composé de Jean-Michel Rueff, Jacques Devaux, Guillaume Rogez, Christophe Detrembleur, Bernard Nysten, Olivier Perez, Philippe Baranek, Sophie Demoustier.

Les rapporteurs étaient Guillaume Rogez, Christophe Detrembleur.

mots clés

• Matériaux hybrides -- Thèses et écrits académiques
• Phosphonates -- Thèses et écrits académiques
• Synthèse hydrothermale -- Thèses et écrits académiques
• Cristallographie -- Thèses et écrits académiques
• Polymères conjugués -- Thèses et écrits académiques

Résumé

De nouveaux matériaux hybrides lamellaires, potentiellement utilisables pour des applications thermoélectriques à basse température, ont été synthétisés à partir d’acides phosphoniques substitués et ont été caractérisés. Des essais d'intercalation de polymères conducteurs ont également été menés. Les matériaux ont été synthétisés par voie hydrothermale à partir de sels inorganiques de zinc ou de cobalt et d'une molécule organique constituée d’un cycle thiophène sur lequel est greffé une fonction acide phosphonique en position 2 ou 3 : l'acide 2-thiénylphosphonique ou l'acide 3-thiénylphosphonique. La structure lamellaire des composés a été résolue par diffraction des rayons X sur monocristal. Elle est constituée d’une alternance de couches organiques et inorganiques. Dans le cas des composés obtenus à partir de l'acide 2-thiénylphosphonique des structures incommensurables ont été obtenues. Afin d’introduire une conductivité électrique au sein de la couche organique de ces matériaux, qui ne présentent pas de conductivité électrique intrinsèque, deux stratégies ont été envisagé : i) l'intercalation de monomères thiophène ou pyrrole dans le réseau organique puis la polymérisation de ces derniers pour former un polymère conducteur, ii) la polymérisation directe des cycles thiophènes impliqués dans la couche organique du matériaux pour former un polymère conducteur.

Titre traduit

Hybrid materials for potential thermoelectric applications

Résumé

New lamellar hybrid materials, potentially usable in thermoelectric applications at room temperature, were synthesized from substituted phosphonic acids and were characterised. The intercalation of conductive polymers was also tested. The hybrid materials were synthesized by hydrothermal process by mixing a zinc or a cobalt inorganic salt and an organic molecule made of a thiophene aromatic ring with a phosphonic acid function grafted in position 2 or 3: 2-thienylphosphonic acid or 3-thiernylphosphonic acid. X-Ray diffraction on single crystal allowed the determination of the lamellar structure of these compounds. It is composed of alternating organic and inorganic layers. For the compounds obtained with the 2 thienylphosphonic acid, incommensurate structures were obtained. The compounds did not present any intrinsic electrical conductivity. Therefore, to induce the electrical conductivity within the organic layer, two strategies were chosen: i) the intercalation of pyrrole or thiophene monomers in the organic layer followed by an in-situ polymerization in order to obtain a conductive polymer; ii) the direct in-situ polymerization of the thiophene involved in the organic layer of the material to form a conductive polymer.