Etude théorique préliminaire par simulation classique et quantique de l’inclusion de petites molécules telles que CO, 𝑶 𝟐 , 𝑵 𝟐 dans des nanotubes de carbone

Abstract

La recherche sur l’exploitation des propriétés remarquables des nanotubes de carbone (CNT), pour le développement d’applications dans le domaine des nanotechnologies notamment, progresse rapidement depuis la fin du vingtième siècle. C’est dans ce cadre que s'inscrit ce travail d’étude théorique basé sur des simulations des possibilités d’inclusion de molécules simples que sont : CO, N 2 et O 2 . Une attention particulière est portée à la nature des interactions dans ces complexes de type host-guest. Cette étude se propose également de tenter d’apporter une contribution à la question de la discrimination attendue vis-à-vis des différentes molécules invitées. Dans ce travail, nous avons fait usage de méthodes issues de la mécanique moléculaire et la mécanique quantique. Ces méthodes de modélisation moléculaire implémentées dans des logiciels appropriés nous ont permis de conclure que les complexes d’inclusion concernés peuvent donner des structures stables. Cette stabilité est influencée par l’effet du diamètre sur les énergies d’interaction. D’autre part, nous avons calculé la fréquence de vibration de valence de la molécule CO à l’intérieur du nanotube afin de voir l’influence de l’inclusion d’une molécule invitée sur ses propriétés spectroscopiques mais aussi sur celle du CNT en vue d’applications photophysiques.

Par ailleurs, cette étude théorique de différents complexes d’inclusion de molécules de CO, N 2

et O 2 dans des CNT, nous a permis de montrer que par les CNT de faible diamètre, la sélectivité de forme est meilleure pour l’O 2 que pour le CO, ce qui justifierait la poursuite du travail, y compris sous l’angle expérimental, en particulier, par le développement de sondes et filtres pour les gaz.

Mots-clés : CNT, nanotube de carbone, étude théorique, modélisation moléculaire, inclusion, O2, N2, CO, complexe d’inclusion.