Cette thèse de doctorat porte sur le développement de nouveaux matériaux carbonés, leur caractérisation, et application dans le stockage d'énergie et la purification de l'eau.

Les objectifs spécifiques de cette étude étaient les suivants :(1) développer des méthodes pour fabriquer des matériaux carbonés avec une structure de type graphène, à partir de précurseurs issus de la biomasse bon marché et renouvelables, (2) améliorer les propriétés des nanomatériaux de carbone avec dopage et (3) étudier l'applicabilité de ces matériaux dans le stockage d'énergie et la purification de l'eau.

Les précurseurs issus de la biomasse utilisés dans la synthèse de nanomatériaux de carbone cristallins étaient la paille d'orge et le saccharose. Par ailleurs, SNO nanostructuré 2 utilisé dans la synthèse de SiC/C a été extrait de la cosse d'orge. Se doper, un procédé qui introduit des additifs sur les structures du matériau hôte, a été utilisé pour améliorer les propriétés des structures carbonées pour l'application souhaitée. Par ailleurs, l'étude permet de mieux comprendre la formation du matériau :phase cristalline, Taille, forme, et l'état d'agglomération des matériaux carbonés dopés suivants :composite nanoparticule d'or/nanofleur de carbone (AuNP/CNF), nanoparticules de silicium enrobées de carbone (Si@C), carbure de silicium recouvert de graphite (SiC@graphite), et du graphène incrusté de fer (Fe/graphène).

Il a été observé que le recuit par induction est une technique utile dans la modification des caractéristiques du matériau sur la large plage de température de 1000 °C pour le carbone amorphe à 2400 °C pour le carbone graphitique et pour obtenir de grands rendements. Aussi, Le SiC/C nanostructuré en combinaison avec du carbone supplémentaire s'est avéré être un matériau viable pour la croissance de carbone de type graphène lors de l'utilisation du recuit par induction. La présence de carbone supplémentaire n'a pas semblé interférer avec la formation du carbone de type graphène.

Le Si@C synthétisé a été testé comme matériau d'anode pour les batteries Li-ion. En raison du revêtement de carbone sur le silicium, il a démontré une stabilité de cycle de charge/décharge améliorée. L'applicabilité du graphène dopé au fer a été testée comme adsorbant pour l'élimination de la tétracycline du milieu aqueux. Ce matériau présentait une adsorption initiale de tétracycline de 442 mg g-1, qui a encore augmenté à 660 mg g-1 en raison de la capacité d'auto-régénération du composite.

La thèse de doctorat de MSc Arūnas Meščeriakovas, intitulé "Synthèse, caractéristiques et application des structures en carbone dopé, " sera examiné à la Faculté des sciences et des forêts de Finlande le 4 juin 2021 à 12 heures dans l'auditorium Tietoteknia, Campus de Kuopio.