Nouveaux développements en microscopie électrochimique (SECM) pour l'analyse de surfaces fonctionnalisées

New developments in electrochemical microscopy (SECM) for analysis of functionalized surfaces

• Auteur / Autrice : Sébastien Lhenry
• Direction : Philippe Hapiot, Yann Leroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/10/2014
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes - Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électrochimique à balayage

Chimie des surfaces

Électrochimie

Mots clés libres

Électrochimie

Chimie de surface

Microscope électrochimique (SECM)

Electrochemistry

Surface chemistry

Electrochemical microscopy

Secm

Résumé

Ce manuscrit décrit les travaux menés pour le développement et l'utilisation du microscope électrochimique (SECM) pour l'étude des surfaces fonctionnelles. Cette microscopie à sonde locale, utilisant les propriétés des ultramicroélectrodes (UMEs), permet l'analyse de la réactivité chimique à la surface d'un échantillon. Le but de ces travaux est alors l'analyse de surfaces fonctionnalisées par une couche organique. Dans un premier temps, nous avons développé la méthodologie du SECM par l'utilisation de sonde redox spécifique. D'abord, cela nous a permis de déterminer la distance entre l'électrode-sonde et la surface grâce à un médiateur redox irréversible comme les polyaromatiques. Ensuite, nous avons pu observer des propriétés physico-chimiques d'une surface, notamment afin de différencier les différents modes de transport électronique au travers une couche organique, grâce à l'utilisation des catéchols ou des dendrimères redox. Nous avons également commencé le développement d'un nouveau mode d'utilisation du SECM : le SECM transitoire. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé le SECM afin d'analyser trois surfaces fonctionnalisées. La première surface est un substrat d'or fonctionnalisé par des calixarènes. La deuxième est une surface de verre sur laquelle il a été déposée des nanoparticules photosensibles, appelées « quantum rods ». Et la dernière est un substrat de silicium modifié par un récepteur anthracène. Finalement, la dernière étude qui a été menée concerne l'écriture et la lecture d'une monocouche organique grâce à la sonde du SECM. Ces modifications localisées de la couche organique sont alors de la taille de l'UME, soit de l'ordre du micromètre. Dans notre cas nous avons choisi la modification de monocouche organique auto-assemblée (SAM) sur un substrat d'or grâce à la réaction de couplage de Huisgen. En plus, de l'amélioration de nos conditions de fonctionnalisation, nous avons pu mettre en évidence un phénomène de propagation catalytique en surface grâce à un complexe spécial de cuivre (II) contenant une fonction éthynyle.

This manuscript describes the work done for the development and use of electrochemical microscope (SECM) for the investigations of functional surfaces. This local probe microscopy, using the properties of ultramicroelectrodes (UMEs), permits the analysis of chemical reactivity on the sample’s surface. The aim of this work is then analyzing surfaces functionalized with an organic layer. Initially, we have developed the SECM methodology by using specific redox probes. First, it allowed us to determine the absolute distance between the electrode and the surface, thanks to an irreversible redox mediator such as polyaromatic. Then, we could observe the physicochemical surface properties, in particular to differentiate the electronic transfer modes through an organic layer, by using catechols or redox dendrimers. We have also started the development of a new mode of SECM: transient SECM. Secondly, we used the SECM to analyze three functionalized surfaces. The first surface is a gold substrate functionalized by calixarenes. The second is a glass side on which it was deposed photosensitive nanoparticles, called "quantum rods" and the last sample is a substrate of silicon modified by anthracene receptors. Finally, the last study concerns the writing and reading on an organic monolayer with the SECM probe. These localized changes of the organic layer are about the size of the UME, of the order of a micrometer. In our case, we chose the modification of self-assembled organic monolayer (SAM) on a gold substrate by the Huisgen coupling reaction. In addition to the improvement of our conditions of functionalization, we were able to demonstrate a phenomenon of surface catalytic propagation due to a special complex of copper (II) containing ethynyl functions.