Coupling micro electrochemistry and optics for imaging and studying surface chemical reactions

• Auteur / Autrice : Sorin Munteanu
• Direction : Catherine Combellas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electrochimie
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflectance

Ellipsométrie

Réactivité (chimie)

Résumé

L’objectif est de développer des méthodes permettant de suivre et de quantifier la réactivité chimique de surface à l’échelle micrométrique. Nous proposons une approche optique qui utilise une détection sans marquage basée sur un changement d’indice de réfraction. Le principe repose sur le couplage entre techniques d’imagerie, de microscopie optique et de micro-électrochimie pour étudier et cartographier en temps réel et in situ des processus (électro)chimiques interfaciaux. Les potentialités de ces techniques sont mises en évidence sur un système modèle : l’électrogreffage de films minces organiques sur des surfaces par réduction de sels de diazonium. La réactivité (bio)chimique est étudiée ex situ et in situ sur différentes surfaces d’or : des microélectrodes ou des macroélectrodes décorées par impression par microcontact ou par lithographie. La méthode est intéressante pour examiner la réactivité chimique de diverses molécules immobilisées vis-à-vis de radicaux électrogénérés. Ces microscopies opto-électrochimiques montrent que la microlithographie modifie la réactivité de surface et qu’elle doit donc être réalisée soigneusement quand on cherche à déterminer la réactivité de la surface. Finalement, ces travaux sont appliqués au développement d’une méthode analytique par microscopie électrochimique (SECM) pour détecter des mouvements mécaniques de microleviers suite à un changement de tension de surface.

Methods to monitor and quantify the chemical reactivity of surfaces at micrometer scale are developed in an optical label-free detector owing to changes in refractive index. The principle is based on the coupling between imaging techniques, optical microscopies, and micro-electrochemical techniques to study and map in real time and in situ interfacial (electro-) chemical processes. The potential of these techniques is evidenced on the mechanistic inspection of a model system: the electrochemical grafting of thin organic films on surfaces by reduction of diazonium salts. The local (bio) chemical reactivity is examined ex situ and in situ on different gold surfaces: microelectrodes or macroelectrodes patterned either by micro contact printing or by lithography. It provides an interesting route to the inspection of the chemical reactivity of various immobilized molecules towards electrogenerated radicals. Such opto-electrochemical microscopies show that microlithography alters the reactivity of surfaces and should be handled with care when surface chemistry reaction is sought. Finally, an analytical method based on electrochemical microscopy (SECM) allows detecting mechanical movements of a cantilever platform due to change in surface tension.