Synthesis of advanced functional materials via bipolar electrochemistry for catalytic applications

L'électrochimie bipolaire permet la modification asymétrique sans fil d'objets conducteurs et semi-conducteurs, permettant ainsi la fabrication de particules Janus. Lorsqu'un tel objet est placé dans un champ électrique généré par deux électrodes d’alimentation en solution, une différence de potentiel s'établit à ses deux extrémités. Des réactions redox sont déclenchées simultanément aux extrémités opposées dès que la différence de potentiel est suffisante. En ajustant la direction et l'intensité du champ électrique, cette modification asymétrique peut être contrôlée avec précision. L'objectif de cette thèse est de synthétiser des matériaux fonctionnels avancés par électrochimie bipolaire et d'explorer leur application catalytique. Dans un premier temps, une monocouche de graphène a été introduite comme matériau modèle 2D afin d'étudier la faisabilité de l'électrodéposition bipolaire. Des métaux, des composés de coordination métalliques et des polymères peuvent être déposés aux emplacements souhaités sur la monocouche de graphène, ce qui produit des objets hybrides multifonctionnels dotés de propriétés d'autopropulsion et de chimiluminescence. Ce graphène modifié peut également être utilisé pour fabriquer des nageurs enzymatiques à comportement dynamique contrôlé par l'application d'un champ magnétique externe. De plus, en couplant l'électrochimiluminescence bipolaire à un champ magnétique, un rotor 2D à base de graphène a été conçu afin de combiner l'électrochimie bipolaire à la dynamique rotationnelle. Le champ d'application de l'électrochimie bipolaire a ensuite été étendu aux microfeuillets de MXène afin d'évaluer l'applicabilité de cette approche à d'autres matériaux 2D. Dans la dernière partie de cette thèse, l'électrochimie bipolaire assistée par la lumière a été introduite pour la modification de matériaux semi-conducteurs. Cette synergie entre lumière et champ électrique permet une modification sélective d'un côté des particules semi-conductrices. En ajustant l'intensité et la durée du champ électrique, la taille de la zone déposée a pu être ajustée avec précision. Enfin, les particules semi-conductrices modifiées sélectivement présente des performances photocatalytiques améliorées pour la remédiation environnementale.