Laboratoire Charles Coulomb UMR 5221 CNRS/UM2 (L2C)

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Confinement 1D dans les nanotubes de carbone monofeuillets : Organisation structurale et interactions physiques

par Christelle EVE - publié le

La fonctionnalisation (greffage covalent, π-stacking ou encapsulation d’espèces) de nanotubes de carbone monofeuillets avec des molécules organiques permet l’élaboration de nano-systèmes hybrides 1D originaux. Elle ouvre un nouveau champ d’investigations au niveau fondamental avec des perspectives très prometteuses au niveau des applications, par exemple en opto-électronique. Ces nano-matériaux sont peu impactants au niveau environnemental, légers mais robustes, faciles à mettre en oeuvre.
L’équipe Nanostructures du L2C étudie depuis plusieurs années le confinement dans les nanotubes de carbone monofeuillets d’espèces soit à fort transfert de charge comme l’iode, soit photo-actives comme le quaterthiophene ou la phthalocyanine. Cette approche permet de préserver les propriétés des nanotubes (contrairement à greffage covalent) et de protéger les molécules de l’environnement extérieur (contrairement à la fonctionnalisation de surface), créant ainsi des nouveaux systèmes hybrides stables et robustes. Les principaux objectifs de l’étude de ces nano-matériaux sont la mise en évidence d’effets de confinements et la détermination de leurs propriétés physiques (structurales et opto-électroniques).
Nos principaux résultats, obtenus sur des échantillons macroscopiques (nanotubes organisés en réseau bidimensionnel), ont permis de déterminer de manière systématique la structure supramoléculaire à l’intérieur des nanotubes. Concernant les interactions physiques, des transferts de charge permanents ou photo-induits ont également été mis en évidence par spectroscopie Raman notamment. Clairement, le diamètre des nanotubes est un paramètre fondamental agissant sur les propriétés du système hybride quel qu’il soit. Cependant, l’organisation des nanotubes en faisceaux, à cause des réponses moyennées, présente une limitation importante concernant les rôles joués par la structure moléculaire des nanotubes (chiralité) et par leur caractère métallique ou semiconducteur. Ainsi, ce travail concernera l’étude des systèmes hybrides à l’échelle individuelle, soit en solution, soit suspendus ou déposés sur un substrat afin de déterminer les propriétés physiques en fonction de ces deux derniers paramètres.

Sur la base de nos résultats précédents, il s’agira par exemple de mener des investigations de photoluminescence afin de mettre en évidence des effets de transfert d’énergie avec des nanotubes semiconducteurs. Des mesures de photo-transport permettront d’étudier les transferts de charge photo-induits entre la molécule confinée et le nanotube. Des études Raman en lumière polarisée permettront de déterminer l’orientation des molécules par rapport à l’axe des nanotubes en fonction du diamètre et de la température. Enfin, dans tous les cas, la combinaison spectroscopie Raman / TEM permettra de s’interesser au rôle de la structure (chiralité) des nanotubes sur la nature des interactions et l’organisation supramoléculaire.

L’objectif principal du stage sera d’établir l’influence des caractéristiques du nanotube (métallique ou semiconducteur, structure moléculaire) sur les effets de confinement de la molécule insérée et sur les propriétés opto-électroniques du système hybride 1D.

Encadrant :
Laurent ALVAREZ - +33 4 67 14 35 41 - laurent.alvarez@umontpellier.fr


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