Graphene based materials and their potential applications

Matériaux à base de graphène et leurs potentielles applications

Materialy grafenowe i ich potencjalne zastosowania

Dawid Pakulski (1)

1 ISIS - Institut de Science et d'ingénierie supramoléculaires

Scientific purpose of this doctoral dissertation is synthesis of functionalized two-dimensional materials (graphene and graphene oxide) and their comprehensive physicochemical characterization, with particular emphasis on adsorption and energy storage properties. We could demonstrate that covalent modification of graphene oxide (GO) with an organic polymer (BPEI) very favorably affects the efficiency of the adsorption process. The maximum adsorption capacity (qmax) values for heavy metal ions significantly favour this material in comparison to the majority of known carbon adsorbents. Moreover, functionalization of GO with mesoporous aminosilica (SiO2NH2) leads to obtaining an efficient and rapid adsorbent of organic cationic dyes (MB, RhB, MV). ln addition we proved that the functionalization of graphene (EEG) using the POM-surfactant su bu nits proved that this type of organic-inorganic hybrids material is very stable and have interesting electrical properties with potential application in the production of supercapacitors.

Cette thèse de doctorat a pour objectif scientifique la synthèse de matériaux bidimensionnels fonctionnalisés (graphène et oxyde de graphène) et leur caractérisation physicochimique complète, avec un accent particulier apporté sur les propriétés d'adsorption et de stockage d'énergie. Nous avons démontré que la modification covalente de l'oxyde de graphène (GO) avec un polymère organique (BPEI) affecte très favorablement l'efficacité du processus d'adsorption. Les valeurs de la capacité maximale d'adsorption (qmax) des ions de métaux lourds favorisent de manière significative ce matériau par rapport à la majorité des adsorbants connus à base de carbone. En outre la fonctionnalisation de GO avec l'aminosilicate mésoporeuse (SiO2NH2) conduit à l'obtention d'un adsorbant efficace et rapide des colorants organiques cationiques (MB, RhB, MV). En plus nous avons prouvé que la fonctionnalisation du graphène (EEG), en utilisant les sous-unités de surfactant POM, a montré que ce type de matériau hybride organique-inorganique est très stable et présente des propriétés électriques intéressantes pouvant être utilisées dans la production de supercondensateurs

Mots clés: Supercapacitors; 2D materials; Graphene; Graphene oxide; Adsorbent

Mots clés: 2D matériaux; Graphène; Oxyde de graphène; Adsorbant; Supercondensateurs

Domaines: Chimie-Physique [physics.chem-ph]; Energie électrique

Dawid Pakulski. Graphene based materials and their potential applications. Chemical Physics [physics.chem-ph]. Université de Strasbourg; Uniwersytet imienia Adama Mickiewicza (Poznań, Pologne), 2019. English. ⟨NNT : 2019STRAF060⟩. ⟨tel-03192036⟩