Greffage de couches organiques par électrochimie bipolaire

Grafting of organic layers via bipolar electrochemistry

• Auteur / Autrice : Chawanwit Kumsapaya
• Direction : Alexander Kuhn, Jumras Limtrakul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 02/12/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Mahāwitthayālai Kasētsāt (Thaïlande)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Bopp
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Prasert Pavasant, Kwami Dodzi Zigah, Chompunuch Warakulwit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bunjerd Jongsomjit, Vinich Promarak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrogreffage

Alumine

Dépôt chimique en phase vapeur

Nanotubes

Sels de diazonium

Particules Janus

Électrochimie bipolaire

Mots clés libres

Électrochimie bipolaire

Particules Janus

Électrogreffage

Sels de diazonium

Carbone

Nanotubes de carbone

Oxyde d’aluminium anodique

Bipolar electrochemis

Janus particle

Electrografting

Diazonium salts

Carbon

Carbon nanotubes

Anodic aluminum oxide

Résumé

Dans cette thèse, le concept d’électrochimie bipolaire qui permet de réaliser des réactions électrochimiques par l’application d’un champ électrique, sur un objet conducteur placé dans une solution électrolytique sans aucun contact avec les électrodes, a été utilisé pour générer des objets Janus possédant une partie organique et une partie inorganique. Comme preuve de principe, des billes de carbone vitreux de taille micrométrique ont été modifiées de manière asymétrique par électrochimie bipolaire en réduisant un sel d’aryl diazonium. La couche organique ainsi greffée a pu être observée après interaction avec des nanoparticules d’or, ou des molécules fluorescentes. Les résultats ont montré que la moitié de la surface des billes a pu être modifiée de manière sélective et avec une grande précision. En ajustant le temps et/ou le champ électrique utilisé pour la réduction du sel de diazonium, la surface greffée peut être modulée. Ce concept a été généralisé à l’échelle nanométrique sur des nanotubes de carbone alignés verticalement. Ces nanotubes de carbone ont été préparés par un dépôt chimique en phase gazeuse en utilisant un template d’oxyde d’aluminium poreux. L’électrogreffage bipolaire d’une couche organique uniquement sur une extrémité des nanotubes et uniquement sur la face interne de ces tubes, a été possible en conservant les nanotubes piégés dans le template d’oxyde d’aluminium. Cette technique ouvre donc la voie d’applications dans le domaine des piles à combustible, des bio-capteurs, et également pour la délivrance contrôlée de médicaments.

In this thesis, the concept of bipolar electrochemistry, which allows carrying out electrochemical reactions on a free-standing conductive object in an electric field, was employed to generate Janus-type objects with a hybrid organic-inorganic composition. As a proof-of-concept micrometer-sized glassy carbon beads were modified asymmetrically via the bipolar electrochemical reduction of aryl diazonium salts. The grafted organic layers can be probed either with gold nanoparticles (AuNPs) or with fluorescent molecules. The results show that one-half sphere of the beads was modified selectively and with high precision. This concept was then generalized to vertically aligned carbon nonotubes (VACNTs). They were prepared via chemical vapor deposition using porous anodic aluminum oxide (AAO) as template. The bipolar electrografting of an organic layer onto the inner surface of the VACNTs was performed by using the tubes that were still embedded in the pores of the AAO membrane as the starting material. The grafted results can be visualized by coupling them with AuNPs. After the AAO removal, the results reveal a grafting of organic layers only at one end of the tubes along the inner wall. For both cases, fine tuning of the deposition time and/or the electric field used for the reduction of diazonium salts can control the geometric area of the grafting. This technique opens up applications of these objects in the fields of controlled drug delivery and storage.