Nanotubes de carbone verticalement alignés sur substrats métalliques : développement d'un procédé de synthèse durable à basse température

L’émission toujours plus importante de gaz à effet de serre (GES) liée à notre mode de vie actuelle mènera à un réchauffement global moyen de 4°C en 2100 si aucune politique climatique n’est mise en place. Diverses applications utiles à la transition énergétique sont développées à partir de nombreux nanomatériaux aux propriétés exceptionnelles notamment les nanotubes de carbone verticalement alignés (VACNT). Cependant ils sont généralement synthétisés par « Catalytic Chemical Vapor Deposition » (CCVD) en une ou deux étapes à partir de précurseurs carbonés gazeux non renouvelable tels que l’acétylène. Pour mettre en accord les applications pour la décarbonation avec une origine décarbonée, il est important de trouver des alternatives à ce précurseur. En partenariat avec NAWAH, les objectifs de cette thèse sont de remplacer le précurseur acétylène par des précurseurs biosourcés dans le procédé de CCVD une étape (injection continue des précurseurs catalytiques et carbonés). De plus il s’agira également de comprendre l’influence de la nature du précurseur et des conditions de synthèse sur les caractéristiques des matériaux formés sur plusieurs natures de supports et de tester leur potentiel pour les applications visées notamment dans le domaine de l’énergie. Cette thèse démontre que les précurseurs biosourcés peuvent remplacer efficacement l’acétylène dans la croissance de VACNT par CCVD, en obtenant des matériaux aux caractéristiques similaires (hauteur, masse, densité, qualité...). Ainsi des tapis de 100 µm ont pu être obtenus à partir du couplage de l’éthylène avec le butanol, remplaçant le toluène précédemment utilisé comme solvant du ferrocène. Ces matériaux ont donné des résultats intéressants en terme de capacité volumique en tant qu’électrode de supercondensateur mais également en terme de rétention de capacité en tant qu’électrode de batterie. De plus, des tests de transposition à l’échelle semi- industrielle valide l’intérêt du procédé montre la flexibilité du procédé développé en laboratoire. Par ailleurs, des analyses physico- chimiques plus approfondies ont été menées pour mieux comprendre le rôle de ces précurseurs sur la croissance des VACNT en terme d’énergie d’activation de la croissance, de décomposition en phase gaz et d’interaction avec le substrat (aluminium, inox et cuivre).