Synthèse et caractérisation de nanocomposites conducteurs à base de « graphène » et de polysaccharides

Synthesis and characterization of conducting nanocomposites based « graphene » and polysaccharides

• Auteur / Autrice : Abdelwaheb Dhahri
• Direction : Emmanuel Beyou, Mohamed Hassen V Baouab
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 20/04/2017
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Faculté des Sciences de Monastir (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Matériaux Polymères (Auvergne Rhône-Alpes ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Hatem Majdoub
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Bounor-Legaré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Lahcini, Narjes Batis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules d'or

Matériaux -- Propriétés électriques

Polysaccharides

Graphène

Mots clés libres

Graphite oxydé

Polysaccharides

Propriétés électriques

Nanoparticules d’or

Réduction catalytique

Graphite oxide

Polysaccharides

Electric properties

Gold nanoparticles

Catalytic reduction

Résumé

L'objectif principal de cette thèse a été d'expérimenter de nouvelles voies d'exfoliation des feuillets de graphène dans des matrices polysaccharides telles que la cellulose et le chitosane dopé avec des nanoparticules d'or (Au). Notre stratégie a été d'explorer de nouvelles voies de greffage de molécules et de macromolécules sur des feuillets d'oxyde de graphène (GO). Dans un premier temps, nous avons donc oxydé un graphite commercial par la méthode de Hummers qui est apriori la méthode la plus simple à mettre en oeuvre pour produire une suspension stable de feuillets d'oxyde de graphène totalement exfoliés dans l'eau. L'intérêt de cette oxydation est l'obtention de fonctions acide carboxylique et époxyde susceptibles d'être fonctionnalisées en deux étapes par l'éthylénediamine puis par un polysaccharide tel que la cellulose. En effet, afin d'améliorer la compatibilité du graphite oxydé avec des matrices organiques telle que la cellulose, l'idée est de lui greffer des chaînes polysaccharides. Ces résultats ont permis de mettre en évidence l'exfoliation partielle des feuillets de graphène après fonctionnalisation et l'obtention d'un taux de greffage massique d'environ 35% pour la cellulose. La conductivité électrique des nano-composites correspondants a aussi été étudiée par des mesures diélectriques à des températures variées. L'augmentation de la conductivité électrique après la fonctionnalisation du graphite oxydé a mis en évidence une solvo-thermoréduction simultanément à la fonctionnalisation. Enfin, le dopage de ce matériau par des particules d'or a permis d'obtenir une conductivité électrique de 1.60 10-4 S m-1. En ce qui concerne le matériau composite à base de chitosane, la démarche scientifique a été la même que pour l'analogue cellulose, le taux de greffage massique a été d'environ 68% et nous avons en plus testé son activité catalytique vis-à-vis de la conversion du 4-Nitrophénol en 4-Aminophénol et les résultats obtenus ont été très satisfaisants

The main objective of this thesis has been to experiment a new ways of exfoliation of graphene sheets in polysaccharide matrices such as cellulose and chitosan doped with gold nanoparticles (Au). Our strategy was to explore new routes for the grafting of molecules and macromolecules onto graphene oxide (GO). First, we have oxidized commercial graphite by the method of Hummers which is a priori the simplest method to implement to produce a stable suspension of graphene oxide sheets totally exfoliated in water. The advantage of this oxidation is the formation of carboxylic acid and epoxy functional groups onto the graphite surface that can be functionalized in two stages by ethylenediamine and then by a polysaccharide such as cellulose. Indeed, in order to improve the compatibility of graphite oxide with organic matrix such as cellulose, the idea is to graft it onto polysaccharide chains. These results made it possible to demonstrate the partial exfoliation of the graphene sheets after functionalization and to obtain a percentage of grafting of about 35wt% for cellulose. The electrical conductivity of the corresponding nanocomposites has also been studied by dielectric measurements at various temperatures. The increase of the electrical conductivity after the functionalization of graphite oxide showed a solvo-thermo reduction simultaneously with the functionalization. Finally, the doping of this material by gold particles made it possible to obtain an electrical conductivity of 1.60 10-4 S m-1. Concerning chitosan-based composite materials, the scientific approach was the same as cellulose substrate and we obtained a percentage of grafting of 68wt%. In addition, its catalytic activity for the conversion of 4-Nitrophenol to 4-Aminophenol was of high efficiency