Synthèse et passivation de nanoparticules anisotropes à base de cuivre

Anisotropic copper based nanoparticles synthesis and passivation

• Auteur / Autrice : Alexandre Guyonnet
• Direction : Mona Tréguer-Delapierre, Étienne Duguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 15/03/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac)
• Jury : Président / Présidente : Mario Maglione
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mona Tréguer-Delapierre, Étienne Duguet, Mario Maglione, Myrtil Kahn, Fabien Grasset, Lauriane, d' Alençon, Marie Plissonneau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Myrtil Kahn, Fabien Grasset

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse inorganique

Passivité (chimie)

Nanoparticules

Cuivre -- Composés

Mots clés libres

Cuivre

Nanofils

Passivation

Chalcogénure

Copper

Nanowires

Passivation

Chalcogenides

Résumé

Les nanoparticules, à base d'oxydes, de chalcogénures ou de métaux, de taille, forme, composition, étatde surface contrôlés, sont au coeur d'une très vive activité de recherche. Beaucoup reste à découvrir quant auxcompositions et structures accessibles à l'échelle nanométrique. De nombreuses applications (biocapteurs,cellules solaires, écrans tactiles, vecteurs thérapeutiques, etc.) bénéficient de l'apport de ces nouvellesnanostructures. Dans cette thèse, nous proposons d'explorer de nouvelles synthèses de nanoparticules dérivéesdu cuivre et valorisables pour leurs propriétés optoélectroniques et catalytiques.Nous nous sommes intéressés à la préparation d'objets anisotropes en milieu polyol ou aqueux. Lasynthèse en milieu polyol, trop rapide, conduit difficilement à la formation de nanoparticules anisotropes. Ellemène à la formation de microparticules d'oxyde de cuivre, creuses. Leur taille peut être modulée en accélérantles cinétiques de croissance. La synthèse en milieu aqueux, en présence d'un ligand aminé, permet de formerdes nanoparticules de cuivre avec un facteur de forme relativement élevé (~ 3000).Deux stratégies ont été adoptées pour stabiliser les nanoparticules de cuivre anisotropes vis-à-vis del'oxydation : (i) l'utilisation de précurseurs sulfurés pour passiver la surface (ii) l'association du cuivre à un métalrésistant à la corrosion. La première stratégie entraîne une nette amélioration de la stabilité chimique etthermique des fils de cuivre. La seconde stratégie n'a pas conduit à la formation de fils dans lesquels les deuxmétaux sont véritablement alliés. Cependant, avec le zinc, des nanofils de cuivre ultralongs présentant un facteurde forme élevé (> 7000) ont été obtenus, ce qui a permis d’en déduire un mécanisme de croissance dans lequelle zinc joue le rôle de catalyseur.

Nanoparticles, based on oxides, chalcogenides or metals, of controlled size, shape, composition,surface condition, are at the heart of very lively research activity. Much remains to be discovered as to thecompositions and structures accessible at the nanometric scale. Many applications (biosensors, solar cells, touchscreens, therapeutic vectors, etc.) benefit from the contribution of these new nanostructures.In this thesis, we propose to explore new syntheses of nanoparticles derived from copper andrecoverable for their opto-electronic and catalytic properties. We are interested in the preparation of anisotropicobjects in polyol or aqueous medium. Synthesis in a polyol medium, which is too rapid, hardly leads to theformation of anisotropic nanoparticles. It leads to the formation of hollow copper oxide microparticles. Their sizecan be modulated by accelerating the growth kinetics. Synthesis in aqueous medium, in the presence of an aminoligand, makes it possible to form copper nanoparticles with a relatively high form factor (~ 3000).Two strategies have been studied to stabilize anisotropic copper nanoparticles with respect tooxidation: (i) use of sulfur precursors to passivate the surface (ii) association of copper with a corrosion-resistantmetal. The first strategy accelerated a marked improvement in the chemical and thermal stability of copperwires. The second strategy did not lead to the formation of wires in which the two metals are truly allied.However, with zinc, ultralong copper nanowires with a high form factor (> 7000) were obtained, which made itpossible to deduce a growth mechanism in which zinc plays the role of a catalyst.