Incorporation des clusters métalliques dans des matériaux poreux et mise en forme de couches minces : [Thèse soutenue sur un ensemble de travaux]

Incorporation of metal clusters in porous materials and preparation of thin films

• Auteur / Autrice : Yvan Yordanov
• Direction : Svetlana Mintova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réduction (chimie)

Plasmas (gaz ionisés)

Zéolites

Nanoparticules

Agrégats métalliques

Résumé

Les objectifs de cette thèse sont le développement de nouvelles voies de synthèse pour la préparation de nanomatériaux microporeux, la stabilisation de clusters métalliques dans des espaces confinés avec une taille et une forme particulières et la préparation de couches minces (pour des applications telles pour des capteurs chimiques sélectifs en phase vapeur) est la finalité de la thèse. Ce travail contribue à une meilleure compréhension des procédés de formation de clusters métalliques incluant Ag, Pt, Pd et Cu confinés dans des supports poreux (zéolithe BEA et matériaux MIL-101 « Métal Organic Framework ») par des approches à la fois chimique et physique. Les nanoparticules poreuses contenant le métal et stabilisées dans les suspensions d’eau sont sujettes à des traitements chimiques ou radiation-γ dans le but de réduire les ions en clusters métalliques. De plus, les nanocristaux contenant le métal ont été assemblés en couches minces sur des plaquettes de silicium par enduction centrifuge en présence d’agents liants. Il a été trouvé que les clusters métalliques ont différentes tailles et formes dans les matrices BEA et MIL-101 qui dépendent des conditions de préparation, des concentrations de cations métalliques, des particules solides, et méthodes de réduction. Les propriétés structurales des couches ont été étudiées avec différentes méthodes de caractérisation de la sur la surface et utilisés pour la détection de CO et H2O.

The development of synthesis approach for preparation of nanosized microporous materials, stabilization of metallic clusters in confined spacing with desired shape and size, and preparation of thin films based on metal-containing porous nanocrystals to be used as chemical sensors in selective vapour media are the goals of the thesis. This work contributes to better understanding of the entire process of confinement of metal clusters such as Ag, Pt, Pd and Cu in BEA type zeolite and MIL-101 Metal Organic Framework type materials. Both chemical and physical approaches for preparation of metal clusters are applied. The metal containing porous nanoparticles stabilized in suspensions are subjected to chemical, γ-radiation and plasma treatments in order to reduce the metal ions to metal clusters. Further the suspensions are used for deposition of thin films on silicon wafer via spin coating in the presence of binding agents. It is found that the metal clusters (Ag, Pt, Pd and Cu) have different size and shape in the BEA and MIL-101 hosts depending on the conditions of preparation, concentrations of metal cations and solid particles, and methods of reduction. The structural properties of the Me-containing porous films are investigated with variable surface sensitive methods and applied for CO and H2O detections.