Électrochimie bipolaire pour la synthèse d’objets asymétriques complexes à différentes échelles de longueurs

Bipolar Electrochemistry for Generating Complex Asymmetric Objects at Different Length Scales

• Auteur / Autrice : Paul Chassagne
• Direction : Alexander Kuhn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 22/10/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : NanoSystèmes Analytiques (NSysA)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Moléculaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Serge Ravaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexander Kuhn, Serge Ravaine, Shinsuke Inagi, Gabriel Loget, Robbyn Anand, Étienne Duguet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Shinsuke Inagi, Gabriel Loget

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dépôt électrolytique

Asymétrie (chimie)

Électrochimie bipolaire

Mots clés libres

Électrochimie bipolaire

Asymétrie

Particules chirales

Particules Janus

Électrodéposition

Bipolar electrochemistry

Asymmetry

Chiral particles

Janus particles

Electrodeposition

Résumé

L'électrochimie bipolaire est une méthode utilisée pour la modification asymétrique de particules conductrices. Quand un objet conducteur est placé dans un champ électrique produit par une paire d’électrodes génératrices, ce dernier est polarisé par la distribution de potentiel le long de sa surface. Si la différence de potentiel entre les deux extrémités de l’objet est assez grande, des réactions électrochimiques peuvent avoir lieu à sa surface, causant une rupture de la symétrie du système. Cette technique électrochimique, fondamentalement asymétrique, a déjà été utilisée pour déposer des patches ou dépôts de différents matériaux aux extrémités de particules conductrices sphériques, les modifiant en particules Janus. L’électrochimie bipolaire a aussi de nombreuses applications analytiques.L'objectif principal de cette thèse est la mise au point de nouvelles méthodes d’électrochimie bipolaire pour la synthèse d'objets asymétriques et chiraux complexes à partir d'objets isotropes. Premièrement, des techniques utilisant des champs électriques alternatifs asymétriques ont été développées. Ces techniques permettent le dépôt de deux patches de même composition mais de tailles différentes aux deux extrémités d'une particule conductrice sphérique en une seule étape. Ensuite, un nouveau protocole expérimental a été développé afin de pouvoir déposer successivement plusieurs patches de différentes compositions à n'importe quelle position à la surface d’objets isotropes. Ce protocole rend possible la synthèse de nombreux objets chiraux, similaires à un atome de carbone avec quatre substituants différents. Enfin, des résultats préliminaires concernant une méthode permettant la modification de microparticules avec un cœur isolant par électrochimie bipolaire sont discutés.

Bipolar electrochemistry is a technique used for the asymmetric modification of conducting particles. When placing a conducting object in an electric field produced by a pair of feeder electrodes, the potential distribution along the object polarizes it. If the potential difference between the extremities of the object is large enough, electrochemical reactions can occur at its surface and the symmetry of the system is broken. This symmetry breaking electrochemical technique has already been used for the deposition of patches or deposits of various materials on the extremities of of spherical conductive particles, modifying them into Janus particles. Bipolar electrochemistry also has different analytical applications.The main goal of this thesis is the development of new bipolar electrochemical techniques for the synthesis of complex asymmetric and chiral objects from isotropic objects. First, techniques that involve asymmetric AC electric fields were developed. By using these techniques, it is possible to deposit two patches of the same metal, but of different sizes at both extremities of spherical conductive particles in a single experimental step. Then, a new bipolar set-up was developed in order to be able to iteratively deposit multiple patches with different compositions at any position on the surface of isotropic objects. This new set-up permits the bulk synthesis of chiral objects, similar to an asymmetric carbon atom with four different substituents and with a defined handedness. Finally, preliminary results about a bipolar electrochemical approach for the modification of core-shell microparticles with an insulating core using bipolar electrochemistry are discussed.