Phosphore noir/phosphorène : Synthèse, caractérisation et applications

Abstract

Dans ce travail, nous présentons une méthode de synthèse hautement efficace pour la préparation de phosphorène à partir de phosphore rouge au moyen de phosphore noir. Le phosphore noir a été synthétisé à l’aide du cuivre comme catalyseur. Des caractérisations (DRX, MEB, TEM, Raman…) ont été effectuées pour confirmer la haute qualité et la pureté du cristal synthétisé. La méthode d'exfoliation en phase liquide est utilisée pour exfolier le phosphore noir en phosphorène en utilisant la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP) comme solvant. Le phosphore noir et le phosphorène synthétisés sont utilisés dans deux applications: les batteries et les nanocomposites (polymer/charges inorganique). Le phosphore rouge (RP) et le phosphore noir exfolié ont été mélangés avec des nanotubes de carbone par la méthode du « Spraydryer », ce qui a permis d'obtenir des composites nanostructurés de RP/NTC et de BP exfolié/NTC. La nanostructuration a été confirmé par MEB. Le potentiel de ces composites dans le domaine des batteries a été prouvé par des tests électrochimiques. Pour les nanocomposites polymères / charges inorganiques, on a intégré des nanofeuilles de phosphore noir synthétisées par l’exfoliation en phase liquide dans une matrice PVDF avec différentes teneurs (1, 2.5 et 5% en poids de BP) . Une caractérisation par diffraction des rayons X, de spectroscopie FTIR et de microscopie électronique à balayage a confirmé la qualité nanofeuilles de phosphore noir. Les nanocomposites ont été caractérisé en terme de performances structurelles, thermiques, électriques et mécaniques. On a constaté que la stabilité thermique du PVDF pur augmentait avec l’ajout de nanocomposants de phosphore noir atteignant 5% en masse. Pour la même concentration, la conductivité électrique a été fortement augmentée de 3,3 e-14 à 5 e-11 S/cm. De même, on a constaté que le module de Young augmentait de 56%. Le phosphore noir en tant que nanocharge semble être une bonne alternative pour obtenir des nanocomposites présentant des performances améliorées.