Synthèse par chimie douce en milieu aqueux d'oxydes de manganèse nano-structurés : des matériaux pour batteries au lithium ?

La précipitation en milieu aqueux d'(oxyhydr)oxydes de manganèse nano-structurés et électroactifs vis-à-vis du lithium a été étudiée. L'influence de différents paramètres expérimentaux (acidité, conditions rédox, contre-cation, température et durée d'évolution) a pu être rationalisée afin de proposer des mécanismes de transformation de phase ainsi que des diagrammes de spéciation pour la synthèse sélective de différents allotropes. Dans le cadre de l'étude des phénomènes de croissance des nanoparticules, des mécanismes d'agrégation ont été mis en évidence et des protocoles ont été développés afin de contrôler ces processus ainsi que la taille des particules. Différentes voies de synthèse de matériaux " hiérarchiques " ont alors été abordées. Les phénomènes de nucléation hétérogène, d'hétéroépitaxie en solution, et d'attachement orienté permettent ainsi d'élaborer des architectures complexes. Enfin, l'influence de la structure des composés, de la taille des nanoparticules, et de la texture du matériau sur le comportement électrochimiques au sein d'électrodes positives de batteries au lithium a été étudiée.no dat

Synthèse par chimie douce en milieu aqueux d'oxydes de manganèse nano-structurés (des matériaux pour batteries au lithium ?)

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Synthèse et caractérisation de nanoparticules d'oxydes sous-stoechiométriques (vers des applications dans le domaine de l'énergie)

L objectif de ce travail a été de proposer de nouveaux matériaux à base d oxydes réduits de vanadium, molybdène et tungstène, à l échelle nanométrique, pour des propriétés liées au stockage de l énergie. Dans cette optique, 6 systèmes différents ont été élaborés : un système de nanoparticules de MoO2 de taille variant entre 2 et 100 nm ; des assemblages hiérarchiques cœur-coquille constitués de billes carbonées enrobées de nanoparticules de MoO2; des nanoparticules de haggite et de duttonite (deux oxyhydroxydes de vanadium réduits) et enfin des nanoparticules de deux bronzes différents de tungstène basés sur deux structures hexagonales différentes, l une découverte au cours de la thèse. Dans tous les cas, l innovation provient de la réduction des tailles de nanoparticules (jusqu à un ordre de grandeur inférieur aux tailles répertoriées), de la texturation d assemblages multi-échelle originaux, ou encore de la structure cristalline, la morphologie et la nature des faces exposées par les particules. Les propriétés physico-chimiques de tous ces systèmes ont été caractérisées (structure cristalline, morphologie, surface spécifique, propriétés optiques, électriques et électrochimiques). Les mécanismes de formation ont également été étudiés. Les propriétés électrochimiques mesurées ont enfin été discutées au regard des caractéristiques comparées des matériaux : taille des particules, texturation de la matière active (cas des C@MoO2), ouverture des sites d insertion sur l extérieur des particules (cas des bronzes). Ces travaux ont permis d évaluer le potentiel des matériaux en batteries au lithium ou au sodium et a ouvert des perspectives intéressantes sur des applications telles que la catalyse (MoO2 de 9 nm) ou encore les électrochromes (W-346).The aim of this work was to propose new nanomaterials based on reduced vanadium, molybdenum or tungsten oxides, with interesting properties for energy storage. In that purpose, 6 different systems were elaborated: MoO2 nanoparticles with diameters ranging from 2 to 100 nm; hierarchical core-shell assemblies based on carbonaceous cores decorated with MoO2 nanoparticles; haggite and duttonite (two vanadium oxyhydroxides) nanoparticles; and finally nanoparticles of two different tungsten bronzes based on two hexagonal structures of WO3, one having been discovered during this work. Each time, the innovation comes from the particles size reduction (up to 10 times smaller), from the texturation of original multi-scale assemblies, or even from the crystal structure, morphology and nature of the exposed faces. The physical and chemical properties of these systems were characterized (cristal structure, morphology, specific surface, optical, electrical and electrochemical properties). Synthesis mechanisms were also investigated. Finally, the differences of electrochemical properties were discussed considering materials characteristics: size of the particles, texturation of active materials, and accessibility of the insertion sites. This work enabled us to evaluate the materials potentialities towards lithium or sodium batteries, and opened new prospects for applications such as catalysis or electrochromic devices.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Boron carbon nitride nanostructures from salt melts : tunable water-soluble phosphors

A simple, high yield, chemical process is developed to fabricate layered h-BN nanosheets and BCNO nanoparticles with a diameter of ca. 5 nm at 700 &deg;C. The use of the eutectic LiCl/KCl salt melt medium enhances the kinetics of the reaction between sodium borohydride and urea or guanidine as well as the dispersion of the nanoparticles in water. The carbon content can be tuned from 0 to 50 mol % by adjusting the reactant ratio, thus providing precise control of the light emission of the particles in the range 440&ndash;528 nm while reaching a quantum yield of 26%. Because of their green synthesis, low toxicity, small size, and stability against aggregation in water, the as-obtained photoluminescent BCNO nanoparticles show promise for diagnostics and optoelectronics.<br /

High N-content holey few-layered graphene electrocatalysts: scalable solvent-less production

International audienceFew layered nitrogen doped graphene (NG) attracts great interest in energy storage and conversion applications due to its electronic and catalytic properties. However, its bulk production cannot be envisioned by the current synthetic methods. Here we report a facile, solvent-less, low cost and high yield process for the synthesis of NG. Mechanochemical solid-state exfoliation allows scalable synthesis of holey and crumple nitrogen-doped few-layered graphene from graphite with controlled high concentration N doping and a high surface area through ball-milling. By adjusting the ratio of starting materials, the nitrogen content can be modulated from 4.87 to 17.83 at.%. Furthermore, the types of nitrogen-containing species in few-layered graphene can also be controlled. The resultant NG exhibits superior oxygen reduction reaction performance and more reliable stability than commercial Pt/C catalysts

Boron (Carbon) Nitride Nanomaterials: Synthesis, Porosity, and Related Applications

International audienc

Liquid-Phase Synthesis, Sintering, and Transport Properties of Nanoparticle-Based Boron-Rich Composites

International audienceNanostructuring boron-rich materials should significantly impact their thermal and electrical transport properties. Nonetheless, nanostructured monoliths of such materials could not be achieved in the 10 nm range so far, because of the large temperatures required to synthesize and produce boron-rich compounds. Such a nanostructuration may have important consequences for achieving a trade-off between enhanced electrical and low thermal conductivity in boron-rich materials, which are among the few materials enabling thermoelectric power generation above 1000 K thanks to their thermal stability, high positive Seebeck coefficients, and low thermal conductivity. In this study, we use a one-pot synthesis in inorganic molten salts to yield a nanocomposite consisting of metallic HfB2 nanocrystals dispersed in an insulating amorphous boron-rich matrix with a controlled volume fraction of nanocrystals from 16 to 56 vol %. We show that this controlled liquid-phase synthesis can be coupled to spark plasma sintering for densification preserving the nanostructure. The relationships between the reagent ratio in the liquid-phase synthesis, sintering conditions, and transport properties of the densified nanocomposites are then highlighted. We then design materials exhibiting metallic electrical conductivity related to the HfB2 nanocrystals, together with enhanced thermal dissipation attributed to the nanostructured amorphous boron matrix. Combined with the versatility offered by in-solution routes toward boride-based nanocomposites, this work opens a new avenue for tuning transport properties in boron-rich nanomaterials