Theoretical and experimental studies of structure and functionalization of 2D nanomaterials

Etudes théoriques et expérimentales de la structure et de la fonctionnalisation de nanomatériaux 2D Dans cette thèse, des matériaux 2D ont été étudiés principalement par méthodes ab initio de type DFT, ainsi que par des techniques expérimentales. Le manuscrit se focalise sur le polymorphisme, les bords et la fonctionnalisation du matériau 2D MoS2. Nous montrons que la fonctionnalisation avec des espèces similaires peut être étendue à d’autres matériaux 2D en incluant des études sur le graphène. Nous étudions par des calculs DFT la stabilité relative des polymorphes et des reconstructions des bords de monocouches de MoS2, et nous proposons des modèles qualitatifs pour comprendre la stabilité. La fonctionnalisation du MoS2 par des stratégies covalentes et non covalentes a également été étudiée en lien avec des expérimentateurs. En particulier, nos calculs indiquent que le MoS2 peut être fonctionnalisé de manière covalente avec des dérivés de 1,2- dithiolane. Cette fonctionnalisation se fait préférentiellement sur les bords, produisant un hybride stable. Ceci peut être utilisé pour produire un système avec un groupe pyrène photoactif qui interagit de manière significative avec MoS2. Les résultats expérimentaux obtenus par nos collaborateurs sont conformes à nos résultats théoriques et une interaction entre le fragment pyrène photoexcité et MoS2 a été mise en évidence. La fonctionnalisation directe non covalente de la surface de MoS2 avec du pyrène a également été étudiée théoriquement et expérimentalement, en trouvant une interaction similaire à celle du cas précédent. Finalement, nous montrons que des dérivés de pyrène peuvent être utilisés pour la fonctionnalisation de matériaux liés au graphène, système d’intérêt pour le stockage de l'énergie.