Synthèse, caractérisation et simulation de matériaux d’anode à base de phosphorène pour l’application batterie à ion de lithium

Abstract

Dans les présents travaux de thèse, nous avons présenté une étude ab-initio basé sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), pour explorer les propriétés structurales, électroniques,/photocatalytiques de phosphorène 2D en présence des espèces chimiques suivant : H, H+, OH, OH-, H2O,/H3O+ à sa surface. Nous avons montré que l’effet de ces adsorbants, sur les propriétés optiques du phosphorène, se traduit par une réponse positive dans le domaine spectral du visible, très demandée dans l’application photocatalytique. Nos résultats ont démontré que l’utilisation du phosphorène comme photocatalyseur toute en conservant sa structure nécessite des solvants neutres (pH=7). Par ailleurs, nous avons étudié la stabilité de quatre empilements de deux couches de phosphorène, telles que les configurations AA, AB, AC,/AD ; cette étude nous a permis de conclure qu’à T=0K la configuration AB est le plus stable, alors que AA, AC,/AD sont instable. En revanche, à température ambiante (300K) les configurations AA/AD convergent vers celle de AB. Après 2000fs, nous avons montré que la structure de la configuration AC perd l’ordre à longue distance par la brisure des interactions vdW entres les deux couches de l’empilement AC. Parallèlement, nous avons aussi étudié la stabilité structurale du phosphorène en présence de l’oxygène, ainsi que les propriétés électroniques/optiques. La structure du phosphorène a été montré subir de faible perturbation locale à la surface, lors de l’adsorption de l’oxygène sur des sites préférentiels. Comme conséquence, une augmentation de sa bande interdite de 1.52 eV à 1.68 eV a été observée. En plus de l’étude théorique, nous avons mis au point un protocole de synthèse expérimentale basé sur la méthode hydrothermale, comme moyen simple/non couteux, pour la synthèse du phosphorène, en utilisant le phosphore rouge amorphe comme précurseur de base. En utilisant différentes techniques, telles que XRD, XPS, MEB,/Raman, nous avons montré l’efficacité de notre processus de synthèse à préparer le phosphorène 2D.