New approach for electrostatic interactions at metal/liquid interfaces and applications for the graphene/water couple. - UFR de Chimie de Sorbonne-Université Access content directly
Theses Year : 2022

New approach for electrostatic interactions at metal/liquid interfaces and applications for the graphene/water couple.

Nouvelle approche des interactions électrostatiques aux interfaces métal/liquide et applications pour le couple graphène/eau

Abstract

A theoretical framework is introduced to tackle electrostatics interactions at metal/liquid interfaces. By adopting a microscopic perspective, we displace the electrostatic problem in resolving an integral equation for the linear response function of the interfacial system. By describing the liquid's fluctuations and dielectric response in the framework of quantum field theory, we inherit new concepts to deal with collective interactions at the mean-field level. The precision and versatility of our approach allow us to scrutinize carbon interfaces, taking into account the specificity of their electronic band structures. This method then is used to study the mean force potential of an aqueous ion at the graphene interface, the electronic band gap of a solvated carbon nanotube, the van der Waals interactions between a metal and a liquid, and solid/liquid friction coefficient. The validity of mainstream hypothesis regarding time and length scales decoupling at metal/liquid interfaces can be systematically challenged.
Un cadre théorique est introduit pour aborder les interactions électrostatiques aux interfaces métal/liquide. En adoptant une perspective microscopique, nous déplaçons le problème électrostatique dans la résolution d’une équation intégrale pour la fonction de réponse linéaire du système interfacial. En décrivant les fluctuations et la réponse diélectrique du liquide dans le formalisme de la théorie quantique des champs, nous héritons de nouveaux concepts pour aborder les interactions collectives en champ moyen. La précision et la versatilité de notre approche nous permettent de décrire des interfaces carbonées en considérant la spécificité de leurs structures de bandes électroniques. Cette méthode est ensuite mise en pratique pour étudier le potentiel de force moyenne d’un ion solvaté près d’une surface de graphène, la largeur de la bande électronique interdite d’un nanotube solvaté, l’interaction de van der Waals entre du graphène et de l’eau, et des coefficients de friction solide/liquide. La validité des hypothèses classiques concernant le découplage des temps et longueurs caractéristiques aux interfaces métal/liquide, peut être systématiquement évaluée.
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  • HAL Id : tel-04542879 , version 1

Cite

Anton Robert. New approach for electrostatic interactions at metal/liquid interfaces and applications for the graphene/water couple.. Theoretical and/or physical chemistry. Université Paris sciences et lettres, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPSLE027⟩. ⟨tel-04542879⟩
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