Soutenance de doctorat d'Emmanuel Bourret

De l’importance de la forme sur la séparation chromatographique des fullerènes et des fullertubes

Les fullertubes, formés par la fusion des emboûts hémisphériques des fullerènes avec la section cylindrique caractéristique des nanotubes de carbone à simple-feuillet (SWCNTs), constituent une nouvelle classe de nanocarbones moléculaires. Unissant à la fois les caractéristiques structurelles et les propriétés de ces deux formes de carbone, la découverte récente de petites quantités de ces structures hybrides dans la suie des réacteurs à fullerènes laisse entrevoir de nombreuses applications potentielles. Bien qu’une technique chimique ait été mise au point pour accroître la prévalence des structures tubulaires dans les extraits de suie de carbone, leur isolement reste néanmoins difficile en raison d’un rendement faible et de la présence de nombreux isomères structuraux de fullerènes coproduits.

Cette thèse explore l’influence de la forme moléculaire de ces composés sur les mécanismes régissant leur séparation chromatographique. Plus spécifiquement, elle aborde les défis liés à la modélisation de la rétention chromatographique, au concept de séparation basée sur la forme, et à l’identification des fullertubes à partir de quantités minimes d’échantillons. Une méthodologie combinant des données expérimentales et des calculs ab initio a été développée pour déterminer les structures d’échantillons inconnus de fullertubes isolés à partir de la suie de carbone. Cette approche a été déterminante pour réaliser la première isolation expérimentale du fullertube C130-D5h(1).

Par la suite, le comportement chromatographique des fullerènes et des fullertubes a été investigué afin de comprendre l’impact de leurs formes sur le processus de séparation. En utilisant un modèle d’interaction de potentiel de paire, conjointement avec des données ex- périmentales et des calculs ab initio, nous avons évalué l’effet de la forme moléculaire sur divers paramètres du modèle d’interaction. Les résultats indiquent que la forme des fullerènes influence considérablement les mécanismes de rétention, ce qui souligne l’importance de prendre en compte la forme pour prédire avec précision les temps de rétention. De plus, un potentiel phénoménologique de paire a été conçu pour démontrer que les calculs depuis des principes premiers pourraient prédire avec exactitude les temps de rétention des fullerènes et des fullertubes, indépendamment de leur forme. Le développement d’un tel modèle jette les bases pour l’élaboration d’une méthode permettant d’identifier les isomères de fullerènes à partir de quantités infimes d’échantillons.

Enfin, notre analyse de l’influence de la forme moléculaire sur le processus de séparation a été réexaminée pour mener une évaluation critique visant à mettre en lumière ses limitations. Cela nous a permis de confirmer la robustesse de notre méthode et de proposer un test simple pour encourager l’évolution de techniques de modélisation chromatographique robustes.