Mieux comprendre la chimie du graphène
Le graphène peut être obtenu par clivage mécanique à partir du graphite ou par dépôt chimique en phase vapeur sur des feuilles de métal. Ces méthodes produisent du graphène de bonne qualité, mais il doit encore être traité pour des fonctions spécifiques, ce qui reste problématique. L'initiative MULTIGRAPHCHEM (Multifunctional graphene by means of a chemical approach), financée par l'UE, a cherché à synthétiser du graphène multifonctionnel et des matériaux 2D apparentés en utilisant de nouvelles méthodes chimiques. L'objectif était de fonctionnaliser le graphène pendant sa synthèse, afin d'y introduire des propriétés magnétiques, optiques, électrochimiques et catalytiques. En utilisant différentes stratégies, MULTIGRAPHCHEM a synthétisé plusieurs matériaux solubles de graphène fonctionnalisé avec différentes molécules organiques. La recherche a été divisée en deux parties. Tout d'abord, des dérivés de graphène fonctionnalisé ont été synthétisés par des procédés réducteurs utilisant des composés d'intercalation du graphite. On a ainsi obtenu d'importantes informations sur les principes fondamentaux de la fonctionnalisation réductrice du graphène, qui serviront de guide pour l'élaboration de nouveaux concepts de fonctionnalisation du graphène. Les chercheurs ont ensuite exploré la fonctionnalisation non covalente en utilisant des diimides de pérylène hydrosolubles sur mesure. Ils ont assemblé le graphène fonctionnalisé en films fins et l'ont hybridé avec des nanoparticules métalliques. Ces composés ont ensuite été utilisés pour créer des matériaux à base de graphène dotés de propriétés (opto)électroniques et magnétiques intéressantes. Toutes les connaissances acquises sur le graphène ont été mises en application pour développer la chimie d'autres matériaux stratifiés à élément unique d'une très grande importance. C'est ainsi que l'exfoliation liquide de phosphore noir stabilisé par solvant et sa fonctionnalisation non covalente ont été réalisées pour la première fois. Les chercheurs ont d'autre part développé une méthode pour produire des suspensions très stables d'antimonène de haute qualité monocouche ou à quelques couches, un nouveau composé très prometteur. Ces résultats permettent de mieux comprendre les propriétés chimiques et physiques du graphène et des matériaux 2D apparentés. Dans les années à venir, ils auront des conséquences importantes sur la science des matériaux.
Mots‑clés
Graphène, MULTIGRAPHCHEM, graphène fonctionnalisé, nanoparticules, antimonène
