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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Étude de la cinétique de graphitisation de surface des nanodiamants

Spécialité : CHIMIE / Chimie des matériaux

Contact : ARNAULT Jean-Charles,
e-Mail : jean-charles.arnault@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 71 02
Laboratoire : NIMBE/LEDNA

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 28/01/2022

Résumé :
L'objectif du stage est de contribuer à l'étude de la cinétique de formation de structures graphitiques en surface de nanodiamants et les propriétés colloïdales des structures sp2/sp3 obtenues. L'influence de traitements thermiques sera plus particulièrement étudié par spectroscopies IR, RAMAN et XPS, observations en HR-TEM et par diffraction des rayons X.

Sujet détaillé :
Le contrôle de la graphitisation de surface des nanoparticules de diamant ou nanodiamants est un enjeu important pour le développement de ce nano-carbone. La possibilité d'ajuster finement la cristallinité d'une couche graphitique en extrême surface de la particule permettrait d'améliorer leur propriétés catalytiques et électroniques [1], mais aussi leur potentiel pour la thérapie par photothermie [2]. Une étude, que nous venons de publier, met en évidence l'effet de l'atmosphère de recuit sur la graphitisation de surface de nanodiamants de détonation [3]. Les traitements thermiques des nanoparticules ont été réalisés pendant 4 heures sous vide ou sous argon à des températures comprises entre 800°C et 1100°C. D'après les observations faites en microscopie électronique à haute résolution (HR-TEM), seule la couche périphérique des nanodiamants montre la présence de reconstructions graphitiques après un recuit à 1100°C.

Ce stage de recherche vise à mieux comprendre la cinétique de formation de ces reconstructions graphitiques à la surface des nanodiamants. Pour cela, des traitements thermiques de durée variable seront appliqués pour une même température. L'influence de la source des nanodiamants sera également étudiée. Une telle approche conduira ainsi à étudier l'influence de la température de recuit sur la cinétique de graphitisation. Les modifications induites par ces recuits sur la chimie de surface et l'hybridation du carbone seront étudiées par les spectroscopies IR, RAMAN et XPS. Des observations en HR-TEM et des mesures en diffraction des rayons X permettront de déterminer finement l'évolution de la structure cristalline et de la morphologie des nanodiamants. Enfin, les éventuelles propriétés colloïdales de ces nano-hybrides sp2/sp3 seront également évaluées par diffusion dynamique de la lumière.

Références :
[1] Y. Lin et al., Catalysis by hybrid sp2/sp3 nanodiamonds and their role in the design of advanced nanocarbon materials. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 8438–8473, doi:10.1039/c8cs00684a.
[2] K. Yang et al., The influence of surface chemistry and size of nanoscale graphene oxide on photothermal therapy of cancer using ultra-low laser power. Biomaterials 2012, 33, 2206–2214, doi:10.1016/j.biomaterials.2011.11.064.
[3] New insights into the reactivity of detonation nanodiamonds during the first stages of graphitization
F. Ducrozet, H. A. Girard, J. Leroy, E. Larquet, I. Florea, E. Brun, C. Sicard-Roselli and Jean-Charles Arnault, Nanomaterials 2021, 11, 2671.
Techniques utilisées au cours du stage :
Spectroscopies IR, RAMAN et XPS HR-TEM, diffraction des rayons X, Diffusion dynamique de la lumière.

Mots clés : nanodiamants; chimie de surface; graphitisation

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