LogoLogo

Battaglia, Stefano. Applications de structure électronique et dynamique moléculaire des nanotubes de carbone

Battaglia, Stefano (2018). Applications de structure électronique et dynamique moléculaire des nanotubes de carbone.

[img]PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
8Mb

Résumé en francais

Les nanotubes de carbone (NTC), synthétisés pour la première fois en 1991, se sont révélés très prometteurs dans de nombreux domaines et constituent un sujet de recherche actuel, tant sur le plan théorique qu'expérimental. Dans cette thèse, les propriétés moléculaires de courts NTC ainsi que leurs possibles applications en tant que systèmes de stockage ont été étudiées au moyen de calculs ab initio et de la dynamique moléculaire. Les molécules composées d'une seule unité de NTC zigzag, appelées cyclacènes, ont été formulées il y a plus de 50 ans. Grâce à la synthèse réussie des NTC, l'intérêt pour ces systèmes et d'autres similaires a considérablement augmenté, bien que leur réalisation expérimentale n'ait pas encore été réalisée. Par conséquent, prédire les propriétés moléculaires, les applications prospectives et éventuellement fournir des informations importantes pour le processus de synthèse basé sur des approches théoriques est d'un intérêt majeur. Néanmoins, les défis associés aux cyclacènes ne sont pas seulement expérimentaux, car les travaux théoriques précédents montrent des résultats controversés sur la structure électronique de ce système. Dans cette thèse, plusieurs propriétés électroniques ont été déduites analytiquement dans l'approximation tight-binding, fournissant des résultats asymptotiques à la limite thermodynamique pour le TPS (total position spread tensor) et la polarisabilité. Les tendances au niveau tight-binding ont été évaluées par des calculs ab initio de haut niveau, montrant un bon accord entre les deux méthodologies. Un problème majeur lié aux cyclacènes est la description de la configuration électronique de leur état fondamental. En étudiant une gamme plus large de tailles de systèmes, on a constaté que le caractère polyradical de l'état fondamental augmentait avec la taille du système alors que la tendance opposée était trouvée pour l'écart énergétique singulet-triplet. Les amas de polyazote ont été suggérés comme matériaux à haute densité énergétique et respectueux de l'environnement en raison de leur énergie de liaison et de leurs voies de décomposition en azote moléculaire. Cependant, leur stabilité aux conditions ambiantes est particulièrement mauvaise, ce qui rend leur stockage problèmatique. Une tentative pour résoudre ce problème est de stabiliser les systèmes polyazotés en les confinant dans des nanomatériaux. L'encapsulation à l'intérieur des NTC de différents clusters d'azote a été étudiée par des calculs ab initio. Il a été constaté que certains systèmes sont favorablement stabilisés, tandis que d'autres subissent une décomposition. La nature de l'interaction entre les ions de polyazote et les NTC a également été étudiée et il a été constaté que les effets électrostatiques et d'induction jouent un rôle majeur. Sur la base des données ab initio, un nouveau potentiel intermoléculaire a été dérivé et mis en œuvre dans le programme DLPOLY 4 afin de réaliser des simulations de dynamique moléculaire. Les chaînes linéaires de béryllium montrent des propriétés magnétiques fascinantes dues à leurs orbitales demi remplies. L'état fondamental d'une chaîne isolée est antiferromagnétique, avec un couplage décroissant exponentiellement en fonction de la longueur de la chaîne. Il a été prédit que l'interaction de la chaîne avec des nanomatériaux de carbone peut changer la nature de l'état fondamental d'antiferromagnétique à ferromagnétique en fonction de la distance entre les fragments. Le confinement de la chaîne à l'intérieur des NTC a été étudié, fournissant une approche directe pour contrôler la force de l'interaction en fonction du diamètre des NTC. De plus, les contraintes géométriques empêchent la chaîne de se replier en un isomère d'énergie inférieure, préservant ainsi les propriétés magnétiques souhaitées du système.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Leininger, Thierry
Faginas Lago, Maria Noelia
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), UMR 5626
Mots-clés libres :Structure électronique - Dynamique moléculaire - Nanotubes de carbone
Sujets :Chimie
Déposé le :30 Aug 2019 13:51