Description du sujet de thèse

Les complexes de transfert de charge (CT) constituent une classe spécifique de matériaux obtenus par la combinaison d'une molécule donneuse d'électrons (généralement appelée D ou de type p dans le domaine des piles) et d'une molécule acceptrice d'électrons (notée A ou de type n dans le domaine des piles).1 Alors que la partie donneuse tend à être un semi-conducteur, le complexe CT peut avoir des propriétés totalement différentes. En effet, les systèmes D-A associés peuvent être des semi-conducteurs ambipolaires, présenter un comportement métallique ou même afficher des propriétés de supraconducteur. Les complexes de transfert de charge sont étudiés depuis les années 1970 pour leurs propriétés de conduction qui peuvent atteindre des valeurs équivalentes à celles des composés métalliques.2 Le complexe CT le plus connu est le TTF-TCNQ qui présente une conductivité électronique accordable en fonction de l'architecture de l'empilement.3 Ces performances remarquables en font d'excellents matériaux pour la conception de dispositifs optoélectroniques, pour des applications photovoltaïques organiques et même pour la catalyse.
Dans le domaine du stockage électrochimique de l'énergie, les composés à transfert de charge ont récemment commencé à apparaître avec une première étude sur le TTF-TCNQ.4 En parallèle, une autre étude a été publiée sur un complexe à base de TCNQ associé à une phénazine (PNZ) ou une dioxine (DD).5 Bien que ces deux études pionnières soulignent l'intérêt d'utiliser ce type de composés comme matériaux d'électrodes ou comme revêtement conducteur, il est important de noter qu'il existe un nombre infini de combinaisons, et donc potentiellement des performances bien plus intéressantes à trouver.
L'objectif de ce mémoire de maîtrise est d'étudier l'activité électrochimique (en configuration batterie) et les propriétés de conductivité électrique/ionique d'une série de CTC afin de sonder leur application possible en tant que matériaux d'électrodes positives ou en tant qu'additifs conducteurs. Une attention particulière sera accordée à l'évolution de la structure cristalline des matériaux lors du cyclage et à son impact sur l'empaquetage moléculaire et la conductivité électrique associée.

Contexte de travail

Les travaux seront localisés au LRCS à Amiens avec des interactions et visites régulières à l'ISCR (Rennes).
La thèse devrait commencer au plus tard en septembre 2023 et sera coencadrée par Matthieu Becuwe (LRCS) et Jean-Noel Chotard (LRCS).