17/09/2018 - Nouvelles fonctionnalités pour le graphène

Menéame

El fluorografène est un matériau constitué par atomes de fluor liés aux carbones qui constituent le réseau hexagonal du graphène. Il est l'un des isolants les plus minces connus et a été présenté en 2010 de manière indépendante par plusieurs laboratoires internationaux, y compris celui qui avait dans la Université de Manchester (Royaume-Uni) les scientifiques russes Konstantin Novoselov et Andre Geim, gagnants du Prix Nobel de physique de cette année-là.

Ce composé peut être considéré comme version bidimensionnelle du téflon populaire (nom commercial du polytétrafluoréthylène), un matériau linéaire également constitué d'atomes de carbone et de fluor utilisé dans de nombreux revêtements, comme celui des poêles. Les deux sont des perfluorocarbones, mais avec des formules différentes.

"Malgré les similitudes chimiques, il y a une différence particulière: le fluorografène porte les atomes de fluor attachés à des carbones tertiaires (appelés ainsi pour être liés à trois autres carbones), ce qui est considéré comme le talon d'Achille des perfluorocarbones," explique-t-il. Michal Otyepka, chercheur de la Université Palacký (République tchèque), où une équipe de scientifiques utilise cette 'vulnérabilité' pour créer de nouveaux dérivés du graphène et les doter de fonctionnalités.

En général, le lien chimique entre le carbone et le fluor est très fort, l'un des plus difficiles à briser. C'est pourquoi les perfluorocarbones sont des produits très stables et inertes. Cependant, la liaison fluor-carbone tertiaire est plus sensible aux réactions chimiques.

"En 2010, nous avons déjà montré que le fluorographène peut être transformé en graphène et nous attribuons ce fait à la présence de ce type de liens," commente Otyepka, "et depuis lors nous avons analysé diverses canaux ou méthodes de réaction, qui parviennent à éliminer les atomes de fluor ou à les remplacer par d'autres éléments chimiques"

"Aujourd'hui - ajoute-t-il -, nous avons constaté que le type de solvant peut favoriser l'une des canaux de réaction, ce qui signifie que nous pouvons choisir plusieurs solvants (comme lediméthylformamide ou d'autres) pour contrôler la composition chimique du matériau final. Cette découverte, que nous avons publiée dans le Journal of Physical Chemistry Letters, permet d'une manière élégante d'affiner les propriétés du dérivé du graphène."

Nombre d'applications de dérivés du graphène

Cette recherche fait partie du projet européen 2DCHEM (Two-Dimensional Chemistry towards New Graphene Derivatives), dont l'objectif est de comprendre et de contrôler la chimie du fluorographène pour préparer les dérivés de graphène, avec des applications dans de nombreux domaines: détection électrochimique, magnétisme, technologies de séparation, catalyseurs et stockage d'énergie (supercondensateurs et batteries).

Les derniers résultats et défis à venir dans ce domaine ont été présentés par Otyepka lors de la Graphene Week 2018, le congrès annuel organisé par l'initiative Graphene Flagship de l'Union européenne, qui s'est tenu cette année du 10 au 14 septembre à Saint-Sébastien.

Référence bibliographique:

Dagmar Matochová, Miroslav Medved', Aristides Bakandritsos, Tomáš Steklý, Radek Zbořil and Michal Otyepka. "2D Chemistry: Chemical Control of Graphene Derivatization". J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9 (13), pp 3580-3585. DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01596

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