De nos jours, les biocapteurs électrochimiques constituent des outils rapides, fiables, rentables et sans marquage pour la détection sur site des polluants environnementaux et l’évaluation des critères de sécurité alimentaire et pour la détection des résidus militaires sur le terrain. Nous avons développé des biocapteurs d’affinité basés sur des récepteurs biologiques pour la détection électrochimique de l'estradiol dans des échantillons environnementaux et de molécules odorantes dans l'adultération de viande de porc. Des biocapteurs sensibles, sélectifs, rapides, simples reproductible, stables et efficaces ont été élaborés. En outre, une autre stratégie basée sur des nanomatériaux intégrés a été employée pour élaborer un capteur biomimétique pour la détection d’explosifs, qui a montré de bonnes qualités dans la protection de l'environnement. A la fin du manuscrit, certaines perspectives sont discutées / Nowadays, electrochemical biosensors are rapid, reliable, cost-effective and label-free tools for in field monitoring of environmental pollutants, for assessing the food safety criterion and for detection of the territory military residues. We developed biological receptors based affinity biosensors for electrochemical detection of estradiol in environment samples and odorant molecules in pork meat adulteration. The sensitive, selective, rapid, simple, repetitive, stable and effective biosensors were produced. In addition, another strategy entrapment based on integrated nano-material was used to produce a biomimetic sensor for explosives detection, which has shown good valuable in environmental protection and homeland security. In the end, certain significant prospective are discussed

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit s’inscrit dans une dynamique d’intégration de matériaux non conventionnels en systèmes microfluidiques. Il vise à démontrer le potentiel du cPDMS, un matériau nanocomposite formé d’une matrice de polydiméthylsiloxane rendu conducteur par l’ajout de nanoparticules de carbone. Compatible avec les procédés technologiques habituels, le cPDMS peut être structuré dans une large gamme d’épaisseurs et de géométries mais présente surtout l’avantage de pouvoir être collé irréversiblement sur verre, PDMS et silicium. Son intégration est parfaitement étanche, rapide à mettre en oeuvre, et très économique. La première partie du manuscrit est consacrée à la caractérisation de ce matériau. Ses propriétés électriques et de surface, pouvant être critiques pour une utilisation en microfluidique, ont été particulièrement étudiées. Les champs électriques offrant de nombreuses possibilités pour réaliser des fonctions clés en microfluidique (détection, séparation, manipulation de fluides ou de particules), nous avons choisi d’évaluer l’intérêt d’électrodes de cPDMS dans deux types d’applications. Les aspects de détection ont d’abord été mis en évidence à l’aide de mesures électrochimiques. Cette méthode a permis à la fois de caractériser la surface du cPDMS tout en validant son utilisation potentielle pour des applications d’analyses électrochimiques. Dans la dernière partie du manuscrit, le matériau a été testé pour la manipulation de particules à travers l’observation de différents phénomènes électrocinétiques. Ceux-ci ont conduit à la mise au point de dispositifs microfluidiques (intégrant des lectrodes de cPDMS) dédiés à la lyse et à l’électrofusion de cellules. / The work presented in this thesis deals with the integration of non-conventional materials in microfluidic systems. It aims to demonstrate the potential of cPDMS, a conductive nanocomposite material made up of polydimethylsiloxane matrix mixed with carbon nanoparticles. Compatible with the usual technological processes such as soft lithography, cPDMS can be microstructured in a large range of thicknesses and geometries. Moreover, cPDMS can be quickly, irreversibly and perfectly sealed to glass, PDMS and silicon substrates, something that is not possible for conventional metallic electrodes. The first part of the manuscript is centered on the characterization of this material. Its electrical and surface properties that may turn out critical for microfluidic applications have been particularly studied. Electric fields present many opportunities to perform key functions in microfluidic (detection, separation, fluid or particles handling). We have chosen to assess the potential of cPDMS electrodes for two kinds of applications. Aspects of detection were first demonstrated using cyclic voltammetry measurements. This electrochemical method has enabled both to characterize the cPDMS surface while validating its potential as an electrochemical analysis tool. In the last part of this manuscript, cPDMS was tested for the electrokinetic manipulation of particles through thre study of different electrical fields with induced phenomena. This has led to the development of microfluidic devices (integrating cPDMS electrodes) designed for cell lysis and cells electrofusion.

Ce travail a porté sur l'élaboration de matériaux plurimétalliques et l'étude de leurs propriétés électrocatalytiques. Les matériaux monométalliques (Pt/C, Pd/C, Au/C), bimétalliques à base de métaux nobles (PtxAu1 x/C, PtxPd1 x/C et PdxAu1 x/C) et non nobles (PtxNi1 x/C, PtxCo1 x/C et PtxCu1 x/C) ont été dans un premier temps synthétisés par la méthode microémulsion « water-in-oil ». Une attention particulière a été portée sur les caractérisations physicochimiques et électrochimiques des matériaux synthétisés afin d'accéder à leur microstructure, la taille moyenne de leurs particules, leur morphologie, leur taux de charge sur le support carboné ou encore la composition atomique de volume et de surface de leurs nanoparticules. Leurs propriétés électrocatalytiques et leur sélectivité pour la réaction de réduction du dioxygène ont été étudiées en milieu HClO4 0,1 M à l'aide d'une électrode à disque tournant. Il a été montré que l'ajout du palladium ou du l'or au platine conduit à une diminution progressive de l'activité catalytique à l'exception du catalyseur Pt90Au10/C. Les catalyseurs PdxAu1 x/C ont montré de faibles activités catalytiques avec l'ajout de l'or. En revanche, les catalyseurs bimétalliques PtxNi1 x/C et PtxCo1 x/C ont montré une amélioration de l'activité électrocatalytique par rapport au platine pur. L'addition du cuivre au platine (PtxCu1 x/C) a permis une légère améliorer l'activité électrocatalytique sur un intervalle de potentiel compris entre 1,05 et 0,93 V / ERH. Tous les catalyseurs ont montré une sélectivité pour la formation de l'eau à l'exception des catalyseurs PtxAu1 x/C et PdxAu1 x/C qui ont montré une sélectivité pour la formation du péroxyde d'hydrogène lorsque la teneur en or devient importante. A partir des résultats obtenus sur les catalyseurs bimétalliques, une formulation des matériaux trimétalliques (PtxMyAuz/C, M= Co, Cu, Ni, Pd) a été réalisée. Ensuite, les propriétés physicochimiques et électrochimiques de ces matériaux ont été étudiées. Les propriétés catalytiques de ces matériaux ont été étudiées. Il en ressort que le catalyseur Pt60Ni20Au20/C conduit à l'activité maximale. Tous ces catalyseurs ont montré une sélectivité pour la formation de l'eau. L'étude de stabilité par cyclage potentiométrique sur les catalyseurs trimétalliques a révélé que le catalyseur Pt60Cu20Au20/C présente une meilleure stabilité que le platine et les autres catalyseurs trimétalliques. Une ségrégation de l'or en surface a été observée sur les matériaux après cyclage potentiométrique. / This work has focused on the development of polymetallic catalysts and study of their electrocatalytic properties. The monometallics catalysts (Pt/C, Pd/C and Au/C) and the binary catalysts based on noble metals (PtxAu1 x/C, PtxPd1 x/C and PdxAu1 x/C) and non-noble metals (PtxNi1 x/C, PtxCo1 x/C and PtxCu1 x/C) have been synthesized using the « water-in-oil » microemulsion method. Investigation of the physicochemical and the electrochemical characterization of the synthesized materials has been conducted in details to findout their microstructure, their average particles sizes, their morphology, their metal loading on the carbon support or their bulk and the surface composition of their nanoparticles. The electrocatalytic properties and the selectivity toward the oxygen reduction reaction of these catalysts have been studied using a rotating disc electrode in 0.1 M aqueous HClO4 saturated with oxygen. The results demonstrate that the addition of palladium or gold to platinum (PtxAu1 x/C and PtxPd1 x/C) led to the constant decrease of the electroalalytic activity with an increase of Pd or Au ratio, except for the Pt90Au10/C. The PdxAu1-x /C catalysts showed low catalytic activity with the addition of gold. However, the bimetallic catalysts PtxNi1-x/C and PtxCo1-x/C showed improved electrocatalytic activities compare with pure platinum. The addition of copper to the platinum (PtxCu1-x/C) resulted in a slight increase of the electrocatalytic activity on a potential range between 1.05 and 0.93 V vs. RHE. All catalysts have shown selectivity for water formation except PtxAu1-x/C and PdxAu1-x/C catalysts, which showed selectivity for the formation of hydrogen peroxide by increasing of gold content. According to the results obtained from the binary catalysts, ternary catalysts (PtxMyAuz/C, M = Co, Cu, Ni, Pd) were made. The physicochemical and the electrochemical properties of these catalysts have been studied. The study of the catalytic activity of these catalysts showed that the best activity is obtained Pt60Ni20Au20/C. All of these catalysts have showed selectivity for water formation. The ageing tests have been carried out by conducting potentiometric cycling, showing that Pt60Cu20Au20/C catalyst has a better stability than the platinum and the other trimetallic catalysts. The gold segregation from the bulk to the surface of nanoparticles was observed on these catalysts, after potentiometric cycling.

Les superalliages à base nickel des turbines aéronautiques sont susceptibles de subir des phénomènes de corrosion et/ou d’oxydation à haute température par les environnements agressifs rencontrés en service. Aussi, des revêtements d’aluminure sont appliqués par dépôt chimique afin d’assurer la protection des pièces contre ces phénomènes. La dégradation progressive de ces revêtements mène à la nécessité de les enlever afin d’en appliquer des nouveaux. Les bains chimiques industriels pour enlever les revêtements et les oxydes sont très toxiques, polluants et plutôt empiriques. Ainsi, ce travail de thèse se proposait d’étudier une méthode alternative et originale, par voie électrochimique permettant de contrer les limitations des approches chimiques. La voie électrochimique par application d’un potentiel (mode potentiostatique) a été étudiée afin de procurer la sélectivité entre le substrat et le revêtement lors de la dissolution, ainsi que le contrôle in-situ du procédé à l’aide d’une cellule à 3 électrodes. La faisabilité de la méthode a d’abord été démontrée, puis différentes procédures (par cycles cathodique/anodique, en continu et, parfois, avec modification du potentiel imposé) ont été développées. Nous avons pu mettre en relation les états métallurgiques des systèmes revêtement/substrat avec leur comportement électrochimique et avons mis également en lumière que le taux de dissolution est principalement gouverné par la concentration d’aluminium dans le revêtement alors que lorsque le platine est incorporé à ce même revêtement, le taux de dissolution est homogène. De même, nous avons démontré par XPS et par MET que la teneur en chrome modifie de manière significative l’homogénéité du décapage lors des phases de polarisation cathodique par un mécanisme de passivation de la surface, qui bloque l’activité électrochimique. Cependant, la tenue en oxydation cyclique des revêtements décapés par voies chimique et électrochimique n’a pas pu véritablement être démontrée car les revêtements avaient une microstructure différente. Enfin, des essais sur pièces de turbine ont montré le haut degré de sélectivité de l’approche ici étudiée. / Nickel based superalloys of aeronautical turbines are subjected to high temperature oxidation and/or corrosion in service conditions. Thus, protective aluminide coatings are applied onto the parts by chemical vapor deposition. The degradation of the coatings with time requires them to be removed prior to recoating the parts. The chemical baths industrially employed are toxic, polluting and quite empirical. Therefore, this thesis aimed at studying an alternative and original electrochemical method to circumvent the drawbacks of the chemical approach. Fixed potentials (potentiostatic mode) were thus applied to provide selectivity between the coating and the substrate upon the dissolution process, as well as to ensure in-situ control through a 3-electrode cell. The feasibility of the method was first demonstrated, then different procedures (cathodic/anodic cycles; continuous anodic and sometimes with modification of the potential) were investigated. The correlations between the metallurgical phases of the coating/substrate systems were elucidated. It also appeared that dissolution is mainly governed by the concentration of aluminium in the coating whereas the incorporation of platinum to the coating brought about the homogeneous dissolution. In addition, XPS and MET confirmed the hypothesis by which the chromium content drastically change the stripping homogeneity upon the cathodic polarization step by passivation of the surface and the subsequent electrochemical blocking. However, the results on the cyclic oxidation behaviour of the coatings priorly stripped chemically or electrochemically were not conclusive enough as the microstructure of the original coatings was different. Finally, quite a few stripping trials were carried out onto real turbine parts that confirmed the high selectivity of the electrochemical approach studied.

De nombreux systèmes électrochimiques sont composés d'un grand nombre d'éléments électroactifs en interaction. Si la réaction électrochimique possède une cinétique non linéaire, des comportements coopératifs complexes peuvent émerger suivant la nature et l’intensité des interactions entre les éléments du système. L'objectif de cette thèse est de comprendre l'influence de la taille finie de l’électrode et des interactions entre les microélectrodes sur le comportement coopératif d'un groupe de microélectrodes de platine soumis à un couplage global. Les réactions choisies pour cette étude sont l’électrooxydation du monoxyde de carbone (CO), une réaction avec une cinétique bistable et l’électrooxydation du formaldéhyde (HCHO), qui présente des oscillations de potentiel sous contrôle galvanostatique. Au cours de l’électrooxydation galvanodynamiques du CO sur une seule microélectrode de Pt, la branche S-NDR a pu être mise en évidence contrairement au comportement observé sur une macroélectrode de Pt. En outre, les nouveaux comportements coopératifs comme l'activation séquentielle des microélectrodes, des oscillations de courant et de potentiel spontanées et un régime de commutation dynamique entre les électrodes ont été découverts pour cette réaction lorsque quatre électrodes ont été couplées globalement. Pendant l’électrooxydation de HCHO, l'introduction du couplage global à deux électrodes conduit à des oscillations de courant en opposition de phase. / Many electrochemical systems are composed of a large number of interacting electroactive elements. If the reaction taking place on them has nonlinear kinetics and their interactions allow them to exchange information, complex cooperative behaviors can emerge. The objective of this thesis is to understand the influence of finite-size effects and cooperative phenomena on the global behavior of a group of coupled Pt microelectrodes. The reactions chosen for this study were CO electrooxidation, a reaction with current bistability, and HCHO electrooxidation, which exhibits oscillations under galvanostatic control. During the galvanodynamic electrooxidation of CO on a single microelectrode the S-NDR branch could be evidenced, on macroelectrodes this is not possible due to the formations of stationary domains. Additionally, novel cooperative behaviors (i.e., sequential activation, oscillations and complex switching) were discovered for this reaction when four electrodes were globally coupled. During HCHO electrooxidation the introduction of global coupling to two electrodes led to anti-phase current oscillations.

La conduction dans les matériaux organiques est un défi fondamental relevé par de nombreux chercheurs pour adapter au mieux la structure des matériaux à leur application. Les radicaux pi-conjugués sont les plus petites entités pouvant être le support d’une charge délocalisée. Ce travail s’inscrit dans le domaine de la synthèse de composés électro-actifs conduisant à des radicaux pi-conjugués pour l’auto-assemblage et le contrôle redox des propriétés de matériaux. Le chapitre 1 introduit les interactions spécifiques aux radicaux pi-conjugués et les propriétés physicochimiques liées aux édifices construits sur ces interactions. L’utilisation de ces interactions est ensuite illustrée par différents exemples choisis de la littérature. Le chapitre 2 porte sur la synthèse de dérivés de viologènes et la formation d’auto-assemblage en solution. Le chapitre 3 concerne le développement de synthèses de bis-viologènes cycliques suivi de l’étude de leur structure à l’état cristallin et en solution. / Conduction in organic materials is a current challenge addressed by many research groups in order to adapt the structure of materials to their expected applications. The understanding of the conduction requires the exploring of conjugated pi-radicals which are the smallest vector for charge delocalisation. This work focuses on the synthesis of electro-active materials, precursors of conjugated pi-radicals for the self-assembly and the redox control of the physical properties of materials. The first chapter introduces intermolecular interactions that are specific of conjugated pi-radicals and the relevant physical evidences characterizing the interactions. The use of these interactions is then illustrated by selected literature examples. The second chapter describes the synthesis of viologens and the formation of assembly in solution. The third chapter deals with the development of synthesis of bis-viologen cyclophanes and their studying both in the solid state and in solution.

Le présent travail porte sur l’étude de deux protéines de la famille des oxydases à hème-fer par des techniques de spectroscopie et d’électrochimie. Le premier chapitre décrit l’étude du cytochrome bo3 oxydase issue d’E. coli. Nous nous sommes intéressés à l’étude des interactions enzyme-quinone par l’utilisation de quinones avec des longueurs chaines isoprenyl différentes. Notre but est de mieux comprendre le rôle de la longueur de la chaine des quinones sur l’activité catalytique de l’enzyme et sur les propriétés redox des cofacteurs à hème. Dans l’étape suivante, on a étudié les résidus impliqués dans le site de liaison des quinones (haute affinité, QH). Plusieurs mutations de ces résidus sont étudiées pour mieux comprendre l’importance de chacun des résidus dans cette liaison. Dans la dernière partie de ce premier chapitre, la spectroscopie SEIRAS «spectroscopie d’absorption infrarouge exaltée de surface» est introduite comme une technique alternative pour l’étude des protéines membranaires. Dans le second chapitre, la protéine membranaire cNOR issue de P. denitrificans est étudiée. Nous nous sommes focalisés sur l’effet de différents environnements (pH, présence de protéo-liposomes) sur la stabilité de la cNOR. Pour ce faire, trois valeurs de pH (6.5, 7.5 et 8.5) sont choisies et quelques échantillons de cNOR sont reconstitués dans des protéo-liposomes. Enfin, le donneur de proton terminal (au centre binucléaire) dans la protéine cNOR était étudié. De plus, nous avons étudié les ligands des ions Ca2+ puisqu’il est proposé que le donneur de proton est situé proche de cette région. / This thesis is focused on the study of two members of the heme-copper oxidase family by using spectroscopic and electrochemical techniques. In the first chapter cytochrome bo3 oxidase from E. coli was studied. We focused on the quinone-enzyme interactions by using quinones with different isoprenyl chains. Our aim was to better understand the role of isoprenyl chain on the catalytic activity of the enzyme and the redox properties of the heme cofactors. In the next step we studied the residues that are suggested to be in the high-affinity (QH) quinone binding site. Several site-directed mutants of these residues were investigated in order to better understand the position of QH binding site and the importance of each residue. In the last part of this chapter surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS) was introduced as an alternative technique to study the membrane proteins. In the second chapter cytochrome c dependent nitric oxide reducates (cNOR) from P. denitrificans was studied. We focused on the effect of different environment (pH, proteoliposomes) on the stability of cNOR. For that purpose three pH values (6.5, 7.5 and 8.5) was selected and some of the cNOR samples were reconstituted in liposomes. Finally, the terminal proton donor (to the binuclear center) in cNOR was investigated. We studied the ligands of the Ca2+ site in cNOR since it was suggested that the proton donor may be close to this area.

L’objectif de cette thèse a été de synthétiser et de caractériser des assemblages linéaires de porphyrines reliées par des ions métalliques. Par réaction de porphyrines possédant un site de coordination externe avec des ions platine(II), des nouveaux homodimères et de nouvelles dyades ont pu être obtenus. Les mesures photochimiques et électrochimiques de ces composés ont alors permis de mettre en évidence un accroissement des interactions électroniques entre les sous-unités par rapport aux systèmes reliés par du palladium(II). Des transferts d’énergie ultra-rapides ont notamment été mis en évidence. Une série de monomères de porphyrines métallées en périphérie avec du palladium(II) ou du platine(II) ont ensuite été préparées. Pour ces molécules, les propriétés électroniques varient très peu en modifiant le complexe porté par la porphyrine. Des assemblages incorporant une unité porphyrinique difonctionnalisée ont ensuite été développés. La méthodologie utilisée a permis d’accéder à des trimères et des tétramères en solution comportant des porphyrines de nickel(II) ou de palladium(II). L’étude physico-chimique de ces composés a montré que les porphyrines interagissaient peu à travers les ions métalliques connecteurs. Enfin,des porphyrines difonctionnalisées comportant de longues chaînes alkyles ont été préparées. Comme cela a été vu grâce à la STM, certaines de ces molécules peuvent s’auto-assembler sur surface de graphite (HOPG) et ont permis de former des oligomères en présence d’ions métalliques / The goal of this thesis was to synthesize and characterize linear porphyrins assemblies linked by metal ions. The reaction of porphyrins bearing an external coordination group with platinum(II) ions led to the formation of new homodimers and new dyads. Electrochemical measurements demonstrated an increase in the electronic communication between the two subunits of the Pt-linked dimers compared to Pd-linked systems. In addition, an ultrafast energy transfer between the subunits was observed in the new dyads. Porphyrin monomers metalated at their periphery with palladium(II) and platinum(II) complexes were also prepared. Trimers and tetramers were obtained by reacting porphyrins with various external coordination sites with metal ions. With porphyrins bearing additional long alkyl chains, self assembly at the solid/liquid interface was also studied by STM. In particular, addition of metal ions to these self-assembled systems on HOPG led to linear porphyrin arrays.

Les multicouches de polyelectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorption successive de polycations et de polyanions, constituent un matériau d’intérêt pour la fonctionnalisation de surface. Ce type de revêtement possède toutefois quelques limitations majeures : leur construction est lente et fastidieuse ; leur tenue mécanique et chimique est faible. Récemment, une méthode basée sur l’auto-construction de films par l’utilisation d’un morphogène, i.e. un gradient de catalyseur généré depuis une surface, a été développé permettant ainsi une rapide construction de revêtements robustes. Cette technique reste toutefois limitée à des systèmes particuliers basés sur la chimie click ou sur des interactions hôtes-invités. Nos travaux ont permis de diversifier cette approche de construction tout-en-un par l’utilisation de morphogènes. Dans un premier temps, des brosses de polymères ont été construites en une étape depuis une surface par la réaction de polymérisation ATRP. Cette réaction a été catalysée par la formation d’ions Cu(I) (le morphogène) par électrochimie depuis la surface de travail. L’approche morphogénique a également été utilisée afin de construire des films de polyélectrolytes et de polyampholytes en une étape par la génération électrochimique d’un gradient de protons (le morphogène) depuis la surface de travail. Ces films ont été fonctionnalisés pour présenter une activité enzymatique. / Polyelectrolyte multilayers, i.e. self-assembled systems based on successive polycation and polyanion adsorptions, constitute interesting materials for surface functionalization. These coatings possess several limitations: they are weak towards chemical and mechanical constraint and their buildup is long and tedious. Recently, a new method based on the self-construction of films by the means of a morphogen (a catalyst gradient generated from a surface) has attracted attention since it allows the quick self-assembly of robust films. Nevertheless, this technique was quite limited to peculiar systems based on click chemistry or on host-guest interactions.This present work generalize the one-pot morphogenic approach to other systems. In the first place, polymer brushes were built up from a surface by ATRP polymerization. The Cu(I) catalyst (the morphogen) was electrochemically generated at the interface.The morphogenic approach was later used to buildup polyelectrolytes and polyampholyte films in a one-pot manner by electrochemically generating protons (the morphogens) at the interface. These films exhibited an enzymatic activity.

Dans cette thèse nous avons étudié la mise en forme de matériaux carbonés par des méthodes électrochimiques pour des applications dans les domaines des capteurs et de l’énergie. Dans la première partie, l’électrochimie bipolaire, qui permet de réaliser des réactions électrochimiques sur un objet conducteur présent dans une solution et soumise à un champ électrique, a été utilisée pour générer des objets de type Janus. Ces objets asymétriques ont été modifiés à une extrémité par du poly(N-isopropylacrylamide (pNIPAM), un hydrogel sensible à la température, et par une peinture électrophorétique à l’autre extrémité. En contrôlant l’intensité du champ électrique ainsi que son temps d’application il a été possible de varier la longueur ainsi que l’épaisseur de l’hydrogel. Ces objets sensibles à la température, émettant de la lumière, ont des applications potentielles dans le domaine des capteurs ou dans le milieu médical.Dans la seconde partie, la mise en forme de carbone poreux pour des applications électrochimiques a été étudiée. La carbonisation de polymères contenant du zinc a été utilisé pour synthétiser du carbone micro/mésoporeux possédant ainsi une grande surface spécifique. Les polymères contenant du zinc ont été préparés à partir de différents types de ligands d’acide dicarboxylique par une méthode solvothermique. Ils ont ensuite été carbonisés pour obtenir des matériaux poreux avec des caractéristiques et des propriétés particulières. Ils ont été utilisés comme matériaux d’électrode pour des supercondensateurs, montrant des capacités élevées. De plus ils possèdent également une activité électrocatalytique à la réaction de réduction de l’oxygène. / In this thesis, the design of advanced carbon materials via electrochemical techniques and for electrochemical applications have been studied. In the first part, the concept of bipolar electrochemistry, which allows carrying out electrochemical reactions on a free-standing conductive object in an electric field, was employed to generate Janus-type objects. These objects are modified with a thermoresponsive hydrogel of poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) on one side and an electrophoretic deposition paint (EDP) on the other side. The results show that the length and the thickness of the hydrogel can be controlled by varying the electric field and the time of the experiment. The concept can be further generalized to other micro- and nanometer-sized objects, thus opening up perspectives for various applications.In the second part, the design of porous carbon structures for electrochemical applications was studied. The direct carbonization of non-porous zinc containing polymers was used to synthesize micro/mesoporous carbons with high surface area, pore volume. Non-porous zinc containing polymers with various types of dicarboxylic acid ligands prepared by solvothermal method were used as templates and starting materials. After carbonization porous carbons with various characteristics and properties were obtained. The synthesized porous carbon samples showed good electrochemical performance with high capacitance values. In addition, the derived materials exhibit excellent electrocatalytic activity with respect to the oxygen reduction reaction (ORR).