BOUDJAHEM Ines
- Bdjhmines@gmail.com
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Abstract
ReseaThe global transition toward sustainable energy and high-performance technologies has positioned carbon-based nanomaterials (CNM) as pivotal candidates for energy storage and advanced functional applications. This thesis provides a comprehensive theoretical investigation, using density functional theory (DFT) supplemented with dispersion corrections (DFT-D), to evaluate the structural, electronic, adsorption, optical, and non-linear properties of modified-CNMs. Specifically, the research explores the enhancement of graphene surface through heteroatom doping to precisely tune their physicochemical properties for targeted utility. Furthermore, the study examines the functionalization of single walled carbon nanotubes (SWCNT) via co-doping strategies to optimize and enhance their hydrogen storage capacity. The obtained results demonstrate that the structural modifications through doping and decorating significantly alter the electronic landscape of these surfaces, facilitating stronger binding energies and the creation of highly active sites. Overall, this work establishes a rigorous foundation for the development of advanced carbon-based materials in the field of electronic, optoelectronic (graphene) and energy storage (SWCNT).rch interest
Abstract (Ar)
لقد جعل التحول العالمي نحو الطاقة المستدامة والتقنيات عالية الأداء من المواد النانوية الكربونية (CNMs) مرشحاً محورياً لتخزين الطاقة والتطبيقات الوظيفية المتقدمة. تقدم هذه الأطروحة دراسة نظرية شاملة باستخدام نظرية الدالة الوظيفية للكثافة (DFT) مدعومة بتصحيحات التشتت(DFT-D) ، لتقييم الخصائص الهيكلية، والإلكترونية، والامتزازية، والبصرية، وغير الخطية للمواد النانوية الكربونية المعدلة هيكلياً. وبشكل أكثر تحديداً، يبحث البحث في تحسين سطح الجرافين من خلال التطعيم بالذرات غير المتجانسة لضبط خصائصه الفيزيائية والكيميائية بدقة لتطبيقات مستهدفة. علاوة على ذلك، تتناول الدراسة وظيفية أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNT) عبر استراتيجيات التطعيم المشترك لتحسين وتعزيز قدرتها على تخزين الهيدروجين. تُظهر النتائج التي تم الحصول عليها أن التعديلات الهيكلية من خلال التطعيم والتزيين تغير بشكل كبير المشهد الإلكتروني لهذه الأسطح، مما يسهل طاقات ارتباط أقوى ويخلق مواقع نشطة للغاية. وبشكل عام، يؤسس هذا العمل قاعدة رصينة لتطوير المواد المتقدمة القائمة على الكربون في مجالات الإلكترونيات الضوئية (الجرافين) وتخزين الطاقة (أنابيب الكربون النانوية).
Abstract (Fr)
La transition mondiale vers les énergies durables et les technologies de haute performance a positionné les nanomatériaux à base de carbone (CNM) comme des candidats essentiels pour le stockage de l'énergie et les applications fonctionnelles avancées. Cette thèse propose une investigation théorique approfondie, utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) complétée par des corrections de dispersion (DFT-D), afin d'évaluer les propriétés structurelles, électroniques, d'adsorption, optiques et non linéaires des CNM modifiés. Plus précisément, ce travail de recherche explore l'amélioration de la surface du graphène par dopage aux hétéroatomes afin d’ajuster ses propriétés physico-chimiques pour des applications ciblées. En outre, l'étude examine la fonctionnalisation des nanotubes de carbone à paroi simple (SWCNT) via des stratégies de co-dopage pour optimiser et renforcer leur capacité de stockage d'hydrogène. Les résultats obtenus montrent que les modifications structurelles par dopage et décoration modifient, de manière significative, le paysage électronique de ces surfaces, favorisant des énergies de liaison plus fortes et la création de sites hautement actifs. Dans l'ensemble, ce travail établit un fondement rigoureux pour le développement de matériaux avancés à base de carbone dans les domaines de l’électronique, l'optoélectronique (graphène) et du stockage de l'énergie (SWCNT).
Scientific publications
Ines Boudjahem, Abderrafik Nemamcha, Hayet Moumeni et Nawal Brahimi, Study of heteroatom‑doped graphene properties using DFT/TD‑DFT, QTAIM, NBO, and NCI calculations, J. Structural Chemistry, (2024) 36(3):947-974. https://doi.org/10.1007/s11224-024-02427-w
Nawal Brahimi, Hayet Moumeni, Abderrafik Nemamcha, Ines Boudjahem, Constantinos D. Zeinalipour-Yazdi, Theoretical investigation of functionalized diamond-like carbon with COOH, OH and NH2: a comprehensive DFT-D study, Theoretical Chemistry Accounts (2025) 144(4):1-20. http://dx.doi.org/10.1007/s00214-025-03182-9
Scientific conferences
Ines Boudjahem, Abderrafik Nemamcha, et Hayet Moumeni, DFT investigation of phenol adsorption from water on pristine graphene. 2éme séminaire national sur la modélisation moléculaire et la chimie appliqué, Décembre 2023, Guelma.
Ines Boudjahem, Abderrafik Nemamcha, et Hayet Moumeni, Theoretical study of benzene removal from water by adsorption on the graphene surface. 2éme séminaire national sur la modélisation moléculaire et la chimie appliqué, Décembre 2023, Guelma.
Ines Boudjahem, Abderrafik Nemamcha, et Hayet Moumeni, Proporties of heteroatom-doped graphene : A DFT study. 14éme Journées international de la chimie théorique et computationelle (JTC), Mars 2024, Tlemcen.
Ines Boudjahem, Nawal Brahimi, Abderrafik Nemamcha, et Hayet Moumeni, Computational study on doped graphene for enhanced hydrogen storage, 1er conférence international de l’ingénierie des matériaux et des énergies renouvelables (ICMERE), Novembre 2024, Guelma.
Ines Boudjahem, Abderrafik Nemamcha, et Hayet Moumeni, Enhanced phenol removal by heteroatom-doped graphene for water purification : A theoretical study, 1er Symposuim international sur la durabilité de l’eau et la santé (WSH), Juin 2025, Constantine.