Synthèse et application du graphène en tant que mousse absorbante de contaminants en milieu aqueux et ainsi qu'électrode pour la détection électrochimique du peroxyde d'hydrogène

摘要

Le graphène étant un matériau très en vogue et possédant un grand potentiel vis-à-vis de son application dans divers domaines de la recherche, deux applications du graphène sont étudiées dans ce mémoire. En premier lieu, une membrane poreuse et magnétique à base d'oxyde de graphène réduit (RGO) et de nanoparticules de Fer a été fabriquée. Les étapes de la fabrication de la membrane sont simples, une solution d'oxyde de graphène synthétisée par la méthode de Hummers modifiée pour les besoins du laboratoire, a été mise en contact avec du polyéthylènimine (PEI), un polymère possédant des fonctionnalités de type amine et des particules de Fer. Une réaction instantanée se produit entre les fonctions carboxyliques présentes sur les rebords des feuillets de GO en solution et les amines du polymère; formant ainsi un lien covalent amide. La membrane a été caractérisée en utilisant les outils conventionnels d'analyse de surface, tel que le Microscope Électronique à Balayage (MEB) pour déterminer sa structure poreuse, la spectroscopie Raman pour étudier l'effet du processus de fabrication sur le squelette carboné du GO, la diffraction des rayons X pour analyser la structure des nanoparticules de Fer insérés dans la matrice de la mousse et pour finir la spectroscopie photon-électronique à rayon X pour confirmer les résultats obtenus. Suite à la caractérisation, la mousse fut utilisée afin de décontaminer les eaux de différents perturbateurs endocriniens ayant des structures similaires telles que le bisphénol A (BPA), la Progestérone et le Norethisterone. En second lieu, une électrode à base de graphène et de nanoparticules de rhodium a été fabriquée. Le type de graphène utilisé dans ce cas, est une couche monoatomique qui a été synthétisée par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur un catalyseur métallique entre autres le cuivre. En s'appuyant sur les propriétés catalytiques du graphène, les nanoparticules de rhodium y ont été déposées par électrodéposition. Il a été observé que le temps avait un effet sur la formation des nanoparticules. L'électrode obtenue a ainsi été caractérisée avec les mêmes techniques que la mousse, suite à sa caractérisation, elle fût utilisée afin de détecter électro-chimiquement le peroxyde d'hydrogène (H2O2). La comparaison d'une électrode de graphène et d'une électrode composite a montré qu'un monofeuillet atomique de graphène était capable de détecter H2O2 avec par contre une sensibilité faible. Néanmoins, l'ajout de nanoparticules à la surface du feuillet permet l'amélioration de la sensibilité par 73 fois. Le format général de ce mémoire est le suivant. Tout d'abord, le chapitre 1 introduit le sujet en mettant en contexte les méthodes de synthèse, les propriétés ainsi que les applications du graphène et de l'oxyde de graphène. Le chapitre 2 décrit les techniques de caractérisation pouvant être utilisées afin d'étudier les phénomènes se produisant à la surface du graphène. Pour finir, les chapitres 3 et 4 présentent les résultats obtenus pour les applications citées ci-haut sous forme d'articles scientifiques.