Synthèse et caractérisation d'un nanocomposite polyoxométallate - oxyde de graphène réduit
Abstract
Actuellement le graphène est employé pour de nombreuses applications. Il peut être fabriqué par réduction chimique de l’oxyde de
graphène (GO) lui-même obtenu par la méthode de Hummers. Cette voie de synthèse du graphène a l’avantage de permettre la
production d’une grande quantité de matériau mais les composés chimiques utilisés pour réduire l’oxyde de graphène telle que
l’hydrazine sont toxiques et n’évitent pas, en absence de stabilisants, l’agrégation des feuillets d’oxyde de graphène réduit (rGO). Une
alternative dite verte pour produire de l’oxyde de graphène réduit stable a été développée en employant des polyoxometallates
(POMs) qui sont des anions qui ont des propriétés redox. Notamment, nous avons proposé une méthode basée sur l’emploi de POMs
réduits électrochimiquement. Cette méthode est rapide, verte et permet la synthèse d’une grande quantité de rGO décoré avec des
POMs (POM@rGO). Ce nanocomposite a été caractérisé par XPS, par spectroscopie Raman, par microscopie électronique en
transmission (MET) et par EDS. De plus ses propriétés électrochimiques ont été étudiées. Le POM employé au cours de cette étude
est un POM tungstique à structure de Keggin : H4SiW12O40 (SiW12). Il a tout d’abord été réduit par voie électrochimique (électrolyse
en mode potentiostatique). Puis la solution a été ajoutée à une suspension de GO qui d’une couleur brune est rapidement passée à une
couleur noire indiquant la formation de rGO. Les analyses XPS ont montré une diminution drastique des contributions carbone
oxygène détectées pour le GO. La plupart des fonctions C-O et C=O ont été réduites par les anions SiW12 réduits. De plus l’XPS a
montré que des POMs sont immobilisés sur le graphène et a confirmé que ces anions ont été réoxydés car tous les atomes de W sont
au degré d’oxydation +VI. Le nanocomposite SiW12@rGO a donc été formé. Ceci a été confirmé par des observations en MET qui ont
montré la présence sur les feuillets de graphène de clusters de 1-2 nm et par des études électrochimiques. Ces dernières ont mis en
évidence la réponse de SiW12, courant faradique qui se surimpose à un courant capacitif dû au graphène lui-même. De ce fait, le composite préparé lors de cette étude peut notamment être employé comme matériau d’électrode dans un dispositif de type
supercondensateur électrochimique.