Synthèse et propriétés de nanoparticules mono et bi-métalliques; vers la fabrication de nouveuax assemblages fonctionnels

Synthesis and properties of mono and bi- metallic nanoparticles of noble metals; towards fabrication of novel functional nanoparticles assemblies

• Auteur / Autrice : Suyeon Lee
• Direction : Alexa Courty
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 18/01/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : De la molécule aux nano-objets : réactivité, interactions et spectroscopies (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Ménager
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katia Fajerwerg, Ahmed Naitabdi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mona Tréguer-Delapierre, Emmanuel Cottancin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse (chimie)

Catalyseurs métalliques

Propriétés optiques

Nanoparticules métalliques

Mots clés libres

Nanoparticules métalliques

Cœur-coquille

Synthèse

Super-réseaux binaires

Propriétés catalytiques et optiques

Metallic nanoparticles

Core-shell

Synthesis

Binary superlattices

Catalytic and optical properties

Résumé

Les nanoparticules de métaux nobles ont suscité un grand intérêt ces dernières années dans divers domaines en raison de leurs propriétés physiques et chimiques distinctes telles que les propriétés optiques, catalytiques ou magnétiques. Dans cette thèse, nous avons étudié les différentes approches permettant d'intégrer deux métaux dans un même système, comme les nanoparticules bimétalliques, ou les super-réseaux binaires pour obtenir de nouvelles propriétés. Nous avons mis au point une méthode de croissance à partir de graines pour synthétiser de manière rationnelle des nanoparticules cœur-coquille Au(ou Ag)@M (M=Ag, Pd, Pt). L'impact des paramètres de synthèse tels que la concentration des précurseurs métalliques, la nature des ligands ou la température sur les paramètres clés des nanoparticules (taille du noyau, épaisseur de la coque, dispersion) a été étudié. Les propriétés optiques, vibratoires et catalytiques des différentes nanoparticules bimétalliques ont été caractérisées en fonction de leur structure, de leur composition chimique, du nombre de couches atomiques de la couche et de la cristallinité du noyau. En outre, des super-réseaux binaires de NP, qui sont co-assemblés à partir de deux composants complémentaires différents, ont également été signalés. Plusieurs conditions d'assemblage (rapport de taille effective, rapport de concentration, température de dépôt, méthode de dépôt) ont été explorées. Le mécanisme physique responsable de la variation structurelle observée a ainsi été identifié. Une variété de structures cristallines pour les super-réseaux binaires telles que AlB2, NaZn13, NaCl ont été produites. Enfin, les propriétés magnétiques des super-réseaux binaires de nanoparticules Fe2O3/Au ont été étudiées. Elles sont déterminées par la distance interparticulaire des nanoparticules Fe2O3 modulée par l'insertion des nanoparticules Au.

Noble metal nanoparticles (NPs) have attracted a great interest last years in various domains due to their distinct physical and chemical properties such as optical, catalytic or magnetic properties. In this thesis, we investigated the various approaches to integrate two metals in the same system, such as bimetallic nanoparticles, or binary superlattices to obtain new properties. We have developed seed-mediated growth method to rationally synthesis core-shell NPs Au(or Ag)@M (M=Ag, Pd, Pt). The impact of synthesis parameters such as concentration of metallic precursors, nature of ligands or temperature on key NPs parameters (core size, shell thickness, dispersity) was studied. The optical, vibrational and catalytic properties of different bimetallic NPs were characterized according to their structure, chemical composition, number of shell atomic layer and core crystallinities. In addition, binary NP superlattices, which are co-assembled from of two different complementary components were also reported. Several assembly conditions (effective size ratio, concentration ratio, deposition temperature, deposition method) were explored. The physical mechanism responsible for the observed structural variation was thus identified. A variety of crystalline structures for the binary superlattices such as AlB2, NaZn13, NaCl were produced. Finally, the magnetic properties of Fe2O3/Au NP binary superlattices were studied. They are determined by the interparticle distance of Fe2O3 NPs modulated by the insertion of Au NPs.