Nanographènes
Réaction de Scholl et synthèses de nanographènes

2.1 Formes allotropiques du carbone

Le diamant et le graphite sont les deux formes allotropiques du carbone les plus courantes (figure 1). Dans le diamant, chaque atome de carbone est tétraédrique (hybridé sp³) et est ainsi lié à quatre atomes voisins par liaison covalente. Le graphite, en revanche, est un empilement de feuilles parallèles composées d'atomes de carbone trigonaux (hybridés sp²) et liés à seulement trois atomes coplanaires voisins, ce qui crée un pavage hexagonal de la surface de chaque feuille. Dans le graphite, chaque atome de carbone apporte un électron supplémentaire délocalisé, à l'origine des propriétés de conduction électrique de ce matériau contrairement au diamant dont tous les électrons sont localisés dans les liaisons carbone-carbone et qui est un isolant électrique. Une autre différence marquante entre diamant et graphite concerne leurs duretés respectives. Le diamant est un des matériaux naturels les plus durs alors que le graphite est particulièrement mou, les feuilles de sa structure pouvant se détacher facilement sous l'effet de contraintes mécaniques.

Le diamant et le graphite sont par définition des cristaux, mais le carbone existe aussi sous d'autres formes allotropiques, notamment moléculaires comme les fullerènes dont le plus courant a pour formule brute C₆₀  . Sa géométrie est celle d'un icosaèdre tronqué, rappelant celle d'un ballon de football, où chaque sommet est occupé par un carbone (figure 1).

L'exfoliation du graphite consiste à séparer des feuilles constitutives de ce cristal tridimensionnel, pour aboutir à l'isolation de feuilles uniques, véritables cristaux bidimensionnels, que l'on appelle « graphène » et qui représentent une nouvelle forme allotropique du carbone (figure 1). Les propriétés mécaniques et électroniques du graphène suscitent actuellement un intérêt croissant auprès de la communauté scientifique mondiale, et leur étude a d'ailleurs valu l'attribution du prix Nobel de physique en 2010 à Andre Geim et Konstantin Novoselov ...