De la molécule au dispositif : utilisation de complexes métalorganiques pour la décoration de couches minces carbonées par des nanoparticules d'argent et application à l'analyse électrochimique

From molecule to device : use of metalorganic complexes for amorphous carbon thin layer decoration by silver nanoparticles and application in electrochemical analysis

• Auteur / Autrice : Maxime Puyo
• Direction : Myrtil Kahn, Katia Fajerwerg
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organométallique et de Coordination
• Date : Soutenance le 05/11/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse ; 1974-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules d'argent

Chimie organométallique

Mots clés libres

Chimie organométallique

Nanoparticules d'argent

Substrats carbonés en couche mince

Electrodes composites

4-nitrophénol

Organometallic chemistry

Silver nanoparticles

Carbon thin layer substrates

Composite electrodes

4-nitrophenol

Résumé

Le 4-nitrophénol est un composé couramment utilisé comme polluant modèle en raison de sa structure chimique, proche de celle de plusieurs polluants de l'eau. Molécule électroactive, il permet ainsi de comparer les performances de détecteurs dont les plus performants reposent sur l'utilisation électrodes exploitant les propriétés de divers nano-objets. Parmi ces nano-objets, les nanoparticules d'argent sont peu utilisées malgré leurs propriétés catalytiques, reconnues, vis-à-vis de la réduction chimique du 4-nitrophénol. Nous avons donc cherché à réaliser une électrode composite à base de nanoparticules d'argent via une approche métalorganique originale. Cette approche a demandé le développement et l'étude de deux briques de départ : les complexes métalorganiques, précurseurs des nanoparticules d'argent, et une électrode carbonée facilement modulable. L'étude de chacune de ces briques de départ a permis de mieux les connaître et donc de mieux comprendre les mécanismes présidant la réalisation des électrodes composites lors de leur association. Grâce à cette compréhension des phénomènes mis en jeu et à la maîtrise des paramètres expérimentaux, plusieurs électrodes composites ont pu être préparées de manière répétable, chacune présentant des nanoparticules d'argent organisées de manière particulière. Ces électrodes ont été testées pour l'analyse électrochimique du 4-nitrophénol, permettant la corrélation entre organisation des nanoparticules d'argent et comportement électrochimique de la molécule cible. Cette étude a permis la mise en évidence de plusieurs pistes pour l'optimisation de la détection et la validation de l'approche métalorganique pour la préparation de détecteurs miniaturisés.

4-nitrophenol is commonly used as a model pollutant since its chemical structure is similar to several water pollutants. 4-nitrophenol is electroactive, thus it is used to benchmark sensing devices of which the best take advantage of various nano-objects properties. Among these nano-objects, silver nanoparticles are scarcely used despite their known catalytic properties for the chemical reduction of 4-nitrophenol. We tried to create a silver-nanoparticles-based composite electrode using an original metalorganic approach. This approach has required the development and the study of two starting materials: metalorganic complexes, used as silver nanoparticles precursors, and an easily-tuned carbon electrode. The study of these materials gave us an insight into their properties and the mechanism leading to the final composite electrode. Thanks to this insight and the understanding of the main experimental factors, various silver-nanoparticles-based electrodes have been obtained, presenting different structures of silver nanoparticles. The as-obtained electrodes have been tested for the electrochemical analysis of 4-nitrophenol, bringing to light correlations between the silver nanoparticles structuration and the electrochemical behavior of the 4-nitrophenol. This study has highlighted several leads to improve detection performances. Above all, it has proved that our metalorganic approach was promising for the preparation of miniaturized sensing devices.