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Silisium er et lovende anodematerial for fremtidige litium-ionbatterier med høy energitetthet, men det finnes utfordringer med lav elektrisk ledningsevne og store volumendringer av materialet under sykling. Silisium nanotråder kombinert med grafitt som en kompositt-anode kan dempe disse begrensningene. Tinnbaserte frøpartikler er et rimelig alternativ til gull som katalysator for vekst av silisium nanotråder gjennom vapor-liquid-solid (VLS) metoden, og prosessen kan bli ytterligere forbedret ved å øke silisiumutbyttet gjennom bruk av nye forløpere. To nye VLS synteseruter av grafitt-silisium nanotråd (Gt-SiNW) aktive materialer ble utforsket i dette arbeidet: 1) Tinnoksid og tinnsulfid som katalysatorer og 2) Syklohexasilan (CHS) som silisiumkilde. Målet var å identifisere kjemiske og strukturelle endringer i materialet som følge av de forskjellige vekstmetodene, og deres effekt på den elektrokjemiske ytelsen av anoder i batterier. Gt-SiNW aktive materialer med Si-innhold på ca. 20 wt% ble laget gjennom en one-pot-syntese ved bruk av en VLS-vekstmekanisme med tinnkatalysatorer. Mikrostruktur og kjemisk sammensetning ble studert ved materialkarakterisering, og materialenes ytelse i batterier ble testet i halvceller. En serie SiNW-vekster med ulike prosentandeler CHS i en blanding med difenylsilan som forløper ble utført for å teste innvirkningen av CHS på veksten av nanotråder, før to forløpersammensetninger på 100% og 46% CHS ble valgt for syntese av Gt-SiNW kompositter og batteritester. Gt-SiNW syntese ved hjelp av SnO_2 som katalysator dannet nanotråder med mindre diameter og et ekstra oksidlag sammenlignet med da SnS ble brukt som katalysator. Nanotrådene med mindre diameter ga en bedre kapasitetsbevaring, men høyere initialt kapasitetstap. SnO_2- og SnS-katalysatorer ga gjennomsnittlig spesifikk kapasitet på henholdsvis 1017 og 1123 mAh/g ved syklus nummer 150. CHS forbedret Si-utbytte med 25%, men produserte ikke nanotråder for forløpere med over 54% CHS. På grafittsubstrat dannet ren CHS 50-100 nm silisiumkuler, mens 46% CHS i forløperen ga nanotråder. Silisium ``nanokuler'' ga en lavere Coulombisk effektivitet, men lavere initialt kapasitetstap enn nanotrådene. Etter 60 sykluser var den gjennomsnittlige spesifikke kapasiteten 829 og 731 mAh/g for henholdsvis 100% CHS og 46% CHS-forløpere. Silicon is a promising anode material for future high-energy lithium ion batteries, but it has issues with a low electronic conductivity and high volume changes during cycling. Silicon nanowires combined with graphite as a composite anode can mitigate these limitations. Tin-based seeds is a low-cost alternative to gold as a catalyst for growth of Si nanowires through the vapor-liquid-solid (VLS) method, and the process can be improved further by increasing the silicon yield through new silicon precursors. Two new VLS synthesis routes of graphite-silicon nanowire (Gt-SiNW) active materials were explored in this work: 1) Tin oxide and tin sulfide as catalysts and 2) Cyclohexasilane (CHS) as silicon source. The aim was to identify chemical and structural changes in the material induced by the different growth methods, and their effect on the electrochemical performance when assembled in batteries. Gt-SiNW active materials with Si contents of ca. 20 wt% were made through a one-pot-synthesis using a VLS growth mechanism with tin catalysts. Their microstructure and chemical composition was studied by materials characterization, and their performance in batteries was tested in half-cells. A series of SiNW-growths with various percentages of CHS in a mixture with diphenylsilane as precursor was conducted to test the nanowire growth, before two precursor compostions of 100% and 46% CHS were chosen for Gt-SiNW composite synthesis and battery tests. Gt-SiNW synthesis by SnO_2 formed nanowires with smaller diameter and an additional oxide layer compared to SnS. The smaller diameter nanowires gave a better capacity retention, but higher initial capacity loss. SnO_2- and SnS catalysts gave average specific capacities of 1017 and 1123 mAh/g at cycle 150, respectively. CHS improved Si yield with 25%, but did not grow nanowires for CHS-rich precursors. On graphite substrates, pure CHS formed 50-100 nm silicon balls, while 46% CHS in the precursor gave nanowires. The Si ``nanoballs'' gave a lower Coulombic efficiency, but lower initial capacity loss than the wires. After 60 cycles, the average specific capacities were 829 and 731 mAh/g for 100% CHS and 46% CHS precursors, respectively.

Les nanotubes de carbone possèdent des propriétés uniques qui en font des matériaux prometteurs dans de nombreux domaines. En particulier, leur structure quasi-unidimensionnelle et leur rapport surface/volume élevé font de ces matériaux des candidats de choix pour leur utilisation comme senseurs. A ce jour, les études concernant l'utilisation des nanotubes de carbone pour la conception de senseurs se concentrent principalement sur la détection de gaz, de molécules biologiques ou chimiques. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à l'utilisation des nanotubes de carbone comme senseurs pour détecter en temps réel une transformation chimique, au travers d'une réaction catalytique. Pour ce faire, des catalyseurs supportés sur nanotubes de carbone sont préparés grâce à des méthodes de fonctionnalisation appropriées de ces matériaux. En pratique, nous développons dans ce travail deux approches distinctes pour la préparation de catalyseurs supportés sur nanotubes de carbone. D'une part, nous mettons au point une méthode de fonctionnalisation monovalente des nanotubes de carbone, permettant de déposer des nanoparticules métalliques à la surface des nanotubes en vue de la préparation de catalyseurs hétérogènes supportés. A cette fin, les nanotubes sont dans un premier temps fonctionnalisés par des sels de diazonium. Cette première étape permet d'établir un point d'accroche sur les nanotubes permettant une post-fonctionnalisation ultérieure, en vue de l'ancrage de clusters métalliques. Une étape d'activation thermique permet ensuite de former des nanoparticules métalliques, au départ de ces précurseurs moléculaires. D'autre part, un catalyseur homogène supporté est préparé via l'ancrage de complexes à base de Pd(0) sur des nanotubes de carbone fonctionnalisés de manière à présenter des liaisons triples. Pour ce faire, les nanotubes de carbone sont fonctionnalisés de façon divalente, par la réaction de Bingel-Hirsch. Cette approche divalente assure l'ancrage covalent des sites actifs, tout en préservant la conductivité électrique des nanotubes de carbone. Quelle que soit l'approche envisagée, la préparation de ces catalyseurs est attentivement suivie par des méthodes classiques de caractérisation telles que la spectroscopie Raman, la spectroscopie des photoélectrons X et l'analyse thermogravimétrique. En outre, une caractérisation électrique est également effectuée à chaque étape de la préparation des catalyseurs, afin d'étudier l'influence des différentes étapes de fonctionnalisation sur les propriétés électriques du nanotube. Ces matériaux sont ensuite testés en catalyse, pour la transformation hydrolytique du diméthylphénylsilane en diméthylphénylsilanol ou pour la réaction de couplage croisée de Suzuki-Miyaura, respectivement pour les catalyseurs hétérogènes et homogènes supportés. L'activité de ces catalyseurs, ainsi que leur recyclabilité, est étudiée grâce à un suivi réactionnel par chromatographie gazeuse. Enfin, nous démontrons dans cette thèse la possibilité d'utiliser les nanotubes de carbone comme senseurs pour détecter in situ l'activité catalytique. A cette fin, des mesures électriques en temps réel sont enregistrées au cours de la réaction de catalyse. L'activité catalytique se traduit par des changements de la conductivité des nanotubes au cours du temps., Due to their outstanding properties, carbon nanotubes are being considered as promising materials in various fields. Namely, their quasi-one-dimensionality and their high surface/volume ratio make them ideal candidates for sensing applications. To date, studies dealing with the use of carbon nanotubes in sensing mainly focus on gas, biological and chemical molecules detection. In this thesis, we aim to use carbon nanotubes as sensors for the real-time detection of a chemical transformation through a catalytic reaction. In order to do this, carbon nanotube supported catalysts are prepared thanks to appropriate functionalization methods. In practice, we develop in this work two distinct approaches for the preparation of carbon nanotube supported catalysts. On one hand, we develop a monovalent functionalization pathway for the deposition of metallic nanoparticles on carbon nanotube surface. For this purpose, carbon nanotubes are first functionalized by diazonium salts. This first step allows to bind a tethering point for a subsequent post-functionalization. Metallic clusters are then coordinated on these functionalized moieties. A thermal activation step ensures the formation of metallic nanoparticles from these nanoparticle molecular precursors. On the second hand, a homogeneous supported catalyst is prepared by anchoring Pd(0) complexes on carbon nanotube surface. In order to do this, carbon nanotubes are divalently functionalized by Bingel-Hirsch reaction to present dangling triple bonds at their surfaces. This divalent approach ensures a covalent anchoring of the active sites on the nanotube surface, while preserving their electrical conductivity. Whichever the considered approach, the catalyst preparation is carefully analyzed by common characterization techniques, such as Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and thermogravimetric analysis. Moreover, the materials are also electrically characterized at each step of the catalyst preparation process. This electrical characterization allows to study the influence of the different steps of the functionalization strategy on the nanotube electrical properties. These materials are then tested in catalysis, for the hydrolytic transformation of dimethylphenylsilane in dimethylphenylsilanol or for the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction, respectively for heterogeneous and homogeneous supported catalysts. The activity and recyclability of these catalysts is monitored by gas chromatography. Finally, we demonstrate in this thesis the possibility of using carbon nanotubes as sensors for the in situ detection of catalytic activity. For this purpose, real-time electrical measurements are recorded during the catalytic reaction. The catalytic activity is revealed by fluctuations of the nanotube conductivity over time., Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université catholique de Louvain, Belgique

This thesis reports the study of the properties of transparent conductive films obtained from carbon nanotube dispersions. The dispersion formulation is a key step in order to obtain uniform films with good opto-electrical properties. In particular, the formation of attractive interactions between dissolved carbon nanotubes allows the modification of the rheological behavior of the dispersions and the improvement of their deposition in thin layer by coating. Also, the influence of the interactions on the carbon nanotube network morphology is presented. The structural changes of the networks are then related to both electrical properties and thickness of the films. Finally, the use of semiconducting polymers was analyzed in order to improve the fabrication and the properties of transparent conductive films., Cette thèse rapporte l’étude des propriétés de films transparents conducteurs obtenus à partir de dispersions de nanotubes de carbone. La formulation des dispersions représente une étape clé dans le but d’obtenir des films homogènes avec de bonnes propriétés électro-optiques. Plus particulièrement, la création d’interactions attractives en solution entre les nanotubes de carbone permet d’une part de modifier le comportement rhéologique des dispersions et d’améliorer leur dépôt en couche mince par enduction. D’autre part, les travaux présentent une étude concernant l’influence des interactions sur la structuration du réseau de nanotube de carbone qui constitue les films. Ces changements de structuration sont notamment mis en parallèle avec les propriétés électriques des films selon leur épaisseur. L’utilisation de polymères semi-conducteurs a aussi fait l’objet de travaux expérimentaux pour améliorer la formation et les propriétés des films transparents conducteurs.