L’électrophorèse est une technique puissante permettant de séparer des biomarqueurs présents dans les liquides biologiques.L’électrophorèse de zone libre transporte des molécules en milieu liquide sous l’influence de deux contributions : le flux électrophorétique et le flux électroosmotique (EOF). C’est ce dernier flux EOF qui permet d’optimiser la résolution analytique de la séparation et donc de simplifier le mélange avant sa détection. Notre équipe a développé un contrôle en temps réel de l’ EOF en intégrant une interface polarisable diélectrique dans un dispositif microfluidique. Le carbone amorphe azoté (CNx avec x=15%) a été choisi comme ce matériau.Comme le CNx ne peut pas être déposé directement sur un substrat de verre à cause de sa faible adhérence, deux matériaux différents ont été proposés comme couche d’accroche : le carbure de silicium (SiC) et le platine (Pt). Nous avons tout d’abord optimisé l’adhésion entre le film CNx et la couche d’accroche SiC par différentes procédures de fabrication. Cependant, en raison d’une faible adhérence, le film CNx s’est rapidement décollé en électrolyte liquide. Par contre, nous avons prouvé que certaines architectures hybrides incluant du Pt dans la couche d’accroche sont incroyablement robustes. Même après deux mois dans une solution millimolaire de KCl, le CNx adhérait toujours au verre sans aucune trace de délamination. Ce dispositif a fourni aussi une grande fenêtre de polarisabilité (de -1V à +1V). Nous avons enfin développé une architecture hybride « couche d’accroche isolée/couche électriquement polarisable/électrodes de grille enterrées/ polymère » afin d’éviter toute perte faradique dans l’électrolyte liquide ou vers les circuits conducteurs du dispositif. A l’issue de ces travaux, nous pensons être en mesure de proposer un composant fluidique complexe et robuste qui permet une modulation en temps réel de l’ EOF lors de migrations électrophorétiques. / Electrophoresis is currently an efficient way to separate precious biomarkers from complex mixtures. It takes place to transport molecules under two contributions: the electrophoretic flow and the electroosmotic flow (EOF). The latter allows to optimize the analytical resolution of the separation.Our team has developed a real-time dynamic control of the EOF by integrating a dielectric polarizable interface in the microfluidic device.Amorphous carbon nitride (CNx with x=15%) has dielectric properties and was chosen to be the polarizable interface. Since it cannot be deposited directly onto glass substrate, we have proposed and studied two different materials as the sticking underlayer: silicon carbide (SiC) and platinum (Pt).In the case of SiC, we have optimized the adhesion between CNx film and SiC underlayer through different fabrication procedures.However, due to poor adhesion, CNx film delaminated into liquid electrolyte quickly.Compared to SiC, Pt is a good sticking underlayerfor CNx. It was found out that even after two months in KCl solution, CNx still stuck robustly toPt. Meanwhile, the device provided a large windowof polarizability (from -1V to +1V). Finally, toavoid any faradic loss in the liquid electrolyte ortowards the conductive circuitry of the device, we have developed a sticking underlayer/electrically polarizable/polymeric hybrid architecture. This architecture appears to be the most robust existing polarizable interface for strong and long-term adhesion onto glass substrates.

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Artificial photosynthesis utilises solar-light for clean fuel H2 production and is emerging as a potential solution for renewable energy generation. Photocatalytic systems that combine a light harvester and catalysts in one-pot reactor are promising strategies towards this direction. Yet, most of the reported systems function by consuming excess amount of expensive sacrificial reagents, preventing commercial development. In this thesis, carbon nitrides (CNx) have been selected as non-toxic, stable and low-cost photocatalysts. CNx are first introduced as efficient light harvesters, to couple alcohol oxidation with proton reduction, in the presence of a Ni-based molecular catalyst. This system operated in a single compartment while the oxidation and reduction products were collected in the solution and gaseous phases, respectively, demonstrating a closed redox system. In the presence of an organic substrate and absence of a proton reduction catalyst, photoexcited CNx was found to accumulate long-lived "trapped-electrons", which enables decoupling oxidation and reduction reactions temporarily and spatially. This allows solar H2 generation in the dark, following light exposure, replication light and dark cycle of natural photosynthesis in an artificial set-up. The stability of the designed system was found to be limited by the Ni-based molecular catalyst, and the spectroscopic studies revealed electron transfer from CNx to catalyst as the kinetic bottleneck. Graphene based conductive scaffolds were introduced to the CNx-Ni system, to accelerate the rate of electron transfer from CNx to the Ni catalyst. Time-resolved spectroscopic techniques revealed that introducing these conductive binders enabled better electronic communication between CNx and Ni, resulting in significantly enhanced photocatalytic activity. To improve the solar-light utilisation and the photocatalytic performance of bulk CNx, a straightforward ultra-sonication approach was introduced. This pre-treatment was found to break aggregates of bulk CNx, and the resulting activated CNx had significantly improved activity. The activated CNx showed record activities per gram of the material used, for H2 evolution with a molecular Ni catalyst. The use of abundant waste sources instead of organic substrates was investigated in the presence of activated CNx. The system demonstrated to photoreform purified and raw lignocellulose samples into H2 in the presence of various H2 evolution catalysts over a wide range of pH.

Il existe actuellement deux structures nanotubulaires largement étudiées : les nanotubes de carbone (CNTs) possédant un gap de l'ordre de 1 eV et ceux de nitrure de bore (BN-NTs) dont le gap est compris entre 5 et 6 eV. Parvenir à doper ces nanotubes par substitution d'éléments chimiques pouvant introduire des états donneurs ou accepteurs est supposé être une approche prometteuse pour moduler les propriétés électroniques et optiques de ces nanostructures. Les objectifs de cette thèse ont été doubles. D'une part, il s'est agi de développer des procédés de synthèse modulables pour pouvoir produire différents types de tubes hétéroatomiques. La technique CVD assistée par aérosol et la technique de vaporisation laser ont été utilisées à cette fin. D'autre part, une analyse fine à l'échelle macroscopique et sub-nanométrique des échantillons a été réalisée principalement par microscopie électronique en transmission (HRTEM) et spectroscopie de pertes d'énergies des électrons résolue spatialement (SR-EELS).<br />Il a ainsi été mis en évidence dans ce manuscrit la possibilité de réaliser des nanotubes de type CNx et CBxNy mono- et multi-feuillets. Par ailleurs, une forte tendance à la ségrégation en domaines de type C et BN a été observée avec un localisation préférentielle et une taille des domaine spécifique, fonction de la technique de synthèse utilisée.

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This Thesis concerns the development of fullerene-like (FL) carbon nitride (CNx) thin films and the discovery of phosphorus-carbide (CPx) compounds. The work dedicated to CPx include first-principles theoretical simulations of the growth and properties of FL-CPx structures. I have employed DC magnetron sputtering methods to synthesize both CNx and CPx thin films. The deposition conditions for CPx films were chosen on the basis of the theoretical results as well as from the experience from the deposition of FL-CNx thin films. The characterization of the CPx films is divided into three main directions: structural characterization by transmission electron microscopyand scanning electron microscopy, analysis of the amount of elements and chemical bonds presentin the structure by X-ray photoelectron spectroscopy and Auger spectroscopy, and mechanicalproperty analysis by nanoindentation. The CPx films exhibit a short range orderedstructure with FL characteristics for substrate temperature of 300 °C and for a phosphorus content of 10-15 at.%, which isconsistent with the theoretical findings. These films also displayed the best mechanical properties in terms of hardness and resiliency, which are better than those of the corresponding FL-CNx films. For the FL-CNx thin film material, I find that the surface water adsorption is lower compared to commercial computer hard disk top coatings. Following that line the dangling bonds in FL-CNx coatings have been investigated  by electron spin resonance (ESR). The absence of ESR signal for FL-CNx indicates very low density of dangling bonds in the material, which explains the low water adsorption tendency. The potential for using highly elastic FL-CNx coatings in an automotive valve-train environment has also been investigated. CNx coatings of different nitrogen content were investigated using microscopy, wear testing, nanoindentation testing, and in an experimental cam-tappet testing rig. The FL-CNx coating with the higher value of hardness/elastic modulus showed greater durability in cam-tappet wear testing.