Growth mechanism and surface chemistry of II-VI 2D nanomaterials

par Ye Jiang

Thèse de doctorat en Physique-Chimie des matériaux

Sous la direction de Benoît Dubertret.

Le président du jury était François Ribot.

Le jury était composé de Nicolas Mézailles.

Les rapporteurs étaient Chloé Thieuleux, Fabien Delpech.

  • Titre traduit

    Mécanisme de croissance et chimie de surface des nanomatériaux bidimensionnel II-VI


  • Résumé

    Grâce à leurs propriétés optiques et électroniques uniques, les nanocristaux de semi-conducteurs colloïdaux bidimensionnels tels que les nanoplaquettes de chalcogénure de cadmium ont émergé comme une nouvelle classe de nanomatériaux. Tout comme les puits quantiques, ces nanocristaux ont un confinement electronique limité à une seule direction, l'épaisseur qui est contrôlée au niveau atomique. Ces nanoplaquettes colloïdales apparaissent ainsi comme de bons candidats pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques. Cependant, leur mécanisme de formation reste sujet à discussion. Ainsi, cette thèse se concentre tout d’abord sur l'étude de la synthèse de nanoplaquettes de CdSe zinc blende et l’effet de la longueur de la chaine aliphatique des carboxylates sur ces dernières, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension de la croissance des nanocristaux bidimensionnels.Par la suite, la nature et la localisation de ces ligands carboxylates en surface des nanoplaquettes a été étudié par des techniques de RMN. Cette étude semble confirmer l’effet de la gêne stérique sur la croissance des nanoplaquettes. La RMN du solide en corrélation 13C-1H 2D, se basant sur l’interaction dipolaire, indique que les acétates et les carboxylates à longue chaîne sont très probablement distribués de manière homogène à la surface des nanoplaquettes de CdSe. Dans une dernière partie, j’explore la possibilité d’améliorer les propriétés optiques de nanoplaquettes synthetisées par déposition de couches atomiques en voie colloïdale (c-ALD) en utilisant des recuits, visant à améliorer la structure et la surface des matériaux.


  • Résumé

    Colloidal two-dimensional semiconductor nanocrystals such as nanoplatelets of cadmium chalcogenides, have emerged as a new class of nanomaterials due to their unique optical and electronic properties. These nanocrystals possess exciton confinement along one direction in analogy to quantum wells, with their thickness controlled at atomic level.Although colloidal two-dimensional nanoplatelets have been considered as potential candidates for the fabrication of optoelectronic devices, their formation mechanism e.g. zinc blende CdSe nanoplatelets is still under debate. Thereby this thesis first focuses on the study of CdSe nanoplatelets synthesis and size of the aliphatic chain in the carboxylate, paving the way to a better understanding of two-dimensional nanocrystals’ growth.Successively surface carboxylate ligands are investigated by NMR techniques which gives us an idea of how surface ligands are composed and relocated. Our study of ligand quantification on nanoplatelets’ surface appears to support the proposed effect from steric hinderance on NPLs growth. 13C-1H 2D correlation solid state NMR based on the dipolar interaction indicates that acetates and long alkyl chain carboxylates should be distributed homogenously on the surface of the CdSe NPLs. In the last part, I explore the possibility of improving the optical features of nanoplatelets synthesized from colloidal atomic-layer-deposition technique through optimizing both interior and surface structures by an annealing process.

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