Effets de l'environnement sur les propriétés physico-chimiques des atomes d'argent et des nanoparticules mono-et bimétalliques à base d'or : étude par radiolyse pulsée et stationnaire

Environmental effect on physico-chemical properties of silver atoms, monometallic and gold based bimetallic nanoparticles : a steady-state and pulse radiolysis study

• Auteur / Autrice : Malaknaz Mirdamadi Esfahani
• Direction : Mehran Mostafavi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible

Nanoparticules

Radiolyse pulsée

Mots clés libres

Potentiel de réduction

Constantes de vitesse

Activités électro-catalytiques

Résumé

Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse concerne la synthèse radiolytique et l'étude des propriétés physico-chimiques des atomes d’argent et de nanoparticules mono- et bimétalliques à base d’or. Dans la première partie de cette thèse, l’effet de ligand Br- sur les propriétés cinétiques et spectrales des atomes d’argent complexés a été étudié. La constante de vitesse de la réduction du complexe d’argent en présence de bromure a été déterminée par radiolyse impulsionnelle et le potentiel de réduction du couple AgBr43-/Ag0Br44- a été estimé à l’aide de cycles thermodynamiques. La comparaison de la valeur obtenue avec celle du couple AgBr43-/Ag0 + 4Br-, indique que la réaction de formation de l’atome d’argent complexé est plus favorable que celle de l’atome d’argent libre. Dans la seconde partie, l’effet d'agents stabilisants sur les propriétés structurales et électro-catalytiques de nanoparticules monométalliques d’or et de fer et bimétalliques à base d’or (Au/Fe et Au/Pt) induites par radiolyse stationnaire a été étudié. Nous avons confirmé le rôle important de l’agent stabilisant sur le processus de réduction d’ions métalliques, sur la morphologie des nanoparticules (forme et taille) ainsi que sur la composition élémentaire des nanoparticules formées en utilisant un mélange d'ions métalliques comme précurseurs. L’adjonction du fer à l’or permet pour différentes réactions impliquées dans les piles à combustible (re��duction du proton, réduction de l’oxygène et oxydation du méthanol) d’obtenir des réponses électro-catalytiques importantes qui sont proches de celles du platine, actuellement le meilleur électro-catalyseur. Nous avons montré que les systèmes bimétalliques obtenus à base d’or présentent une forte activité bifonctionnelle et peuvent être utilisés tant à l’anode qu’à la cathode dans des piles à combustible.

The aim of the present work was to study the physico-chemical properties of silver atoms, monometallic and gold-based bimetallic nanoparticles synthesized by the radiation chemical reduction method. In the first part of thesis, we studied the effects of bromide ligands on the kinetics and spectral properties of the silver atom complex. The rate constant for the reduction of AgIBr43- in aqueous solution was determined by pulse radiolysis and the redox potential of the couples AgIBr43-/Ag0Br44- and AgIBr43-/ Ag0 + Br44- were estimated with the help of thermodynamic cycles. Comparison of the obtained values indicates that the redox potential of the silver atom couple is lowered by bromide ligands and the formation of Ag0Br44- is more favourable than a free silver atom. In the second part, the effects of stabilizing agents on optical, structural and electrocatalytic properties of monometallic nanoparticles, such as gold and iron and bimetallic nanoparticles systems, Au/Fe and Au/Pt, prepared by gamma-radiolysis were studied. Our results offer a new strategy to present the effectiveness of the stabilizing agents in the process of metal ion reduction, in the nanoparticles morphology (shape and size) as well as in the elementary composition of bimetallic nanoparticles. This study indicates that the radiolysis method, which we used for the nanoparticles synthesis, allow us to obtain gold based bimetallic nanoparticles that showed an excellent electrocatalytic activity toward reduction of oxygen and proton as well as oxidation of methanol. Our results show that these systems are very promising for application in fuel cells.