L’électrochimie : des matériaux 2D au recyclage des déchets
La rencontre de l’électrochimie et des matériaux 2D fait naître des matériaux qui changent de charge, et ce de manière contrôlée grâce à un potentiel électrique. Une équipe rennaise est pionnière dans la question, ainsi que sur d’autres applications.
Les matériaux 2D, ou matériaux bidimensionnels, sont composés d’une seule couche d’atomes ou de molécules. Le graphène en est l’exemple le plus connu. Dans des travaux coordonnés par l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR, CNRS/ENSC Rennes/Université de Rennes), des scientifiques ont modifié les propriétés de ces matériaux 2D, notamment celles de transport de charges électriques, en leur greffant des centres redox. Il s’agit de molécules capables de capter ou transférer de manière réversible au moins un électron.
« L’idée de ce greffage vient d’une discussion avec des collègues de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie explique Bruno Fabre, directeur de recherche CNRS à l’ISCR. Il s’agit de moduler les propriétés de transport de charge de matériaux 2D. La présence de centres à base de ferrocène permet, en faisant passer un courant, de transformer un matériau neutre en un matériau électriquement positif. Il y a très peu d’articles dans la littérature sur la modification des propriétés de matériaux 2D grâce à un potentiel électrique. La première équipe pionnière dans ce domaine est celle de Paolo Samori de l’Université de Strasbourg. »
Des dichalcogénures de métaux de transition
Ces travaux, très fondamentaux, visent à voir émerger des propriétés originales de transport de charge et de spin, qui seraient de plus modulables par un simple courant ou potentiel électrique. Si le contrôle du spin s’est montré retors, les chercheurs sont parvenus à démontrer le transport de charge dans des matériaux 2D grâce à un centre redox.
Les matériaux 2D en question appartiennent à la famille des dichalcogénures de métaux de transition, avec en particulier du disulfure de molybdène (MoS2), mais aussi le disulfure de tungstène (WS2) et le diséléniure de molybdène (MoSe2). Ces matériaux sont intéressants car leur gap énergétique, qui leur permet de passer d’un état énergétique à un autre, est modulable lors de leur fabrication. Leurs propriétés conductrices peuvent ainsi passer de l’état semi-conducteur à conducteur métallique.