Synthèse et fonctionnalisation de nanoparticules d’oxydes de fer magnétiques

Synthesis and functionalization of iron oxide magnetic nanoparticles

• Auteur / Autrice : Toufic Jean Daou
• Direction : Sylvie Bégin-Colin, Geneviève Pourroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liaisons chimiques

Suspensions (chimie)

Phosphates

Phosphonates

Couplage oxydant

Stoechiométrie

Effets de la chaleur

Surfaces

Propriétés magnétiques

Synthèse hydrothermale

Magnétite

Nanoparticules

Maghémite

Mots clés libres

Oxyde de fer magnétique

Résumé

Dans une première partie, la synthèse, par co-précipitation suivi d’un traitement hydrothermal, de nanoparticules de magnétite avec des tailles et des distributions de taille contrôlées a été mise en point en faisant varier divers paramètres tels que le pH, la nature de la base et le rapport Base/Fe. Des nanoparticules de 12 (± 2) nm mais surtout de 39 (± 5) nm avec une composition moyenne Fe2,95O4 et constituées d’un coeur de magnétite stoechiométrique et d’une couche extérieure oxydée ont été obtenues. Dans une deuxième partie, une méthodologie a été mise en place pour greffer à la surface des nanoparticules des molécules organiques fonctionnelles avec une liaison forte et directe. Nous avons testé différents agents de couplage : le groupement carboxylate généralement le plus utilisé et des groupements phosphate et phosphonate. Nous avons montré que ces derniers permettaient un ancrage plus fort à la surface de la nanoparticule et un taux de greffage plus élevé que l’agent de couplage carboxylate. Le greffage se fait principalement par interaction avec les ions Fe3+ des sites Oh des plans (111) les plus denses. Les propriétés magnétiques ne sont pas modifiées avec le phosphonate et le phosphate, alors que le carboxylate induit un «canting» de spin dans la couche oxydée diminuant l’aimantation. L'optimisation des conditions de greffage a conduit à des suspensions très stables dans l’eau et le THF.

In the first part, magnetite nanoparticles with controlled size have been synthesized by co-precipitation followed by hydrothermal treatment. By varying different parameters like the pH, the nature of the bases and the Base/Fe ratio, we were able to obtain, nanoparticles with an average size of 12 (± 2) nm but especially of 39 (± 5) nm with global composition: Fe2. 95O4 which can be described by a core-shell system with stoechiometric magnetite as core and oxidized layer as shell. In the second part, we report, our results on the direct and strong bonding of functional organic molecules onto the surface of this nanoparticles using either phosphate, phosphonate or carboxylate groups as coupling agents. These studies have shown that the nanoparticles functionalised by a phosphate or phosphonate groups allowed stronger bonding on the surface of the nanoparticles, higher grafting rate than the carboxylate groups and especially the conservation of the magnetic properties. The grafting occurs mainly by interaction with the Fe3+ in octahedral sites present in the (111) denser plane. The magnetic properties are not modified with phosphonate and phosphate, whereas the carboxylate induce a canting of spin in the oxidized layer decreasing magnetization. Optimisation of grafting conditions has conducted to very stable suspensions in water and THF.