Comportement sous haute pression des polyiodures confinés dans les

nanotubes de carbone: étude par spectroscopie Raman

L. Alvarez(1), J-L. Bantignies (1), R. Leparc (1), R. Aznar (1),

J-L. Sauvajol (1),A. Merlen (2), D. Machon (2), A. San-Miguel (2)

(1) LCVN, Université Montpellier 2, UMR 5587, 34095 Montpellier

(2) LPMCN, Université Lyon 1, F-69622 Villeurbanne, France

Plan

Introduction

Contexte et objectifs

Etude en pression par spectroscopie Raman

Conclusions et perspectives

Présentation des polyiodures

Building blocks:R1=2.74 Å

I3- sym

R2=2.92 Å- -

I- I2

I2 + D D+m +In-m

=> Charge Transfer Complexes

=> polyiodide chains In-NANOTUBES

I2

Intercalation step:

T=110 °C

2.92 Å 2.74 Å

~ nm

~ μm

Présentation des nanotubes

Objectifs

Mise en évidence du transfert de charge

Localisation des polyiodures

Structure des polyiodures

Raman spectroscopy

100 150 200 250 1300 1400 1500 1600 1700

A

Inte

nsi

ty (

a.u

.)

Raman shift (cm-1)

B(*3)

In- NTs

Effets du confinement dans les nanotubes

Simple helicoïdal chain (~ 1 nm)

Double helicoïdal chains (~ 1,3 nm)

Triple helicoïdal chains (~ 1,45 nm)

L. Guan, Nano Lett., Vol 7, 2007

TEM

EXAFS

Short polyiodide chains

Raman modes of polyiodides

100 125 150 175 200 225 250

222

175

169

160104 111

146129

Iodine species (cm-1)I2 174

Symmetric I3- 110Asymmetric I3- 167, 143, 114

I5- linear (I2.I-.I2) 160, 104I5- V shaped (I2.I-.I2) 174, 167, 131, 114I5- L shape (I3-.I2) 164,135,106

--

-

Conditions expérimentales

Presse: enclumes diamant

Milieu transmetteur: Argon

Mesure de la pression: Photoluminescence du Rubis

High pressure on iodine intercalated SWNTs

50 100 150 200 1400 1600 1800

Inte

nsi

ty (

a.u

.)

Raman shift (cm-1)

3.4 GPa

5.5 GPa

7.8 GPa

11.5 GPa

14. GPa

17 GPa

1.8 GPa

AB

High pressure on iodine intercalated SWNTs

High pressure on iodine intercalated SWNTs

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18100

120

140

160

180

1550

1600

1650

1700

7,85 cm-1/GPa

5,82 cm-1/GPa

2,4 cm-1/GPa

1,7 cm-1/GPa

2,76 cm-1/GPa

3,56 cm-1/GPa

Ra

ma

n s

hift

(cm

-1)

Pressure (GPa)

SWCNTs

In

-

1,48 cm-1/GPa

Iodine structure and localization into SWNT bundles

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 180,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

1600

1610

1620

1630

1640

1650

1660

1670

(c

m-1)

Inte

nsi

ty r

atio

(a.

u)

Pressure (GPa)

G band

Intensity ratio

Apres le cycle

Hypotheses

2I2→I++I3-

I5- =I2+ I3

-

I5- =2I2+ I- → I2+ I3

-

Montée en pression:

Après cycle:

Reformation de I2

I2+ I3- → I5

-

Modes collectifs

A. Congeduti et al, Phys. Rev. B, 65, 014302, 2001

la distance inter moléculaire est comparable à la distance intra moléculaire

Délocalisation de la chargeMétallisation des iodes

Conclusions et perspectives

Corrélation entre les comportements des tubes et des In-

sous pression:

2 hypothèses2 hypothèses:

décomposition des I2 et des I5- en I3

-

apparition de modes collectifs

Perspectives:

XANES au seuil L1 propriétés électroniques EXAFS au seuil K propriétés structurales

Conclusions and outlook

5180 5190 5200 5210 5220 5230 5240

0.3 GPa

Ab

so

rpti

on

(a

.u.)

Energy (eV)

10 GPaI - L1 edge

after cycle

Réponse Raman des polyiodures

100 125 150 175 200 225 250 275 300

I5

-

I@NTs lavés

=514.5 nm

Inte

nsi

ty (

a.u

.)

Raman shift (cm-1)

I@NTs

I3

-

Structures des polyiodures

Bulding blocks:

I2, I3-, I-

2.92 Å 2.74 Å

2I2=I++I3-

S.A. Jenekhe et la, Mol. Cryst. Liq. Cryst, 105, (1984)

Raman spectroscopy

100 150 200 250 1300 1400 1500 1600 1700

A

Inte

nsi

ty (

a.u

.)

Raman shift (cm-1)

B