Etude du transfert électronique sur électrode d'or recouverte d'une monocouche moléculaire : Influence de l'adsorption de centres redox ou de nanoparticules métalliques

Résumé

Les capteurs bio-électrochimiques reposent sur l’association d’une électrode conductrice et d’une couche organique fonctionnalisée. L’intérêt sur ce type de capteur repose sur la flexibilité des choix et des formes des matériaux qui composent cette structure qui permet de s’adapter à un large choix d’applications. Une architecture complexe, visant à augmenter la surface spécifique, et l’ajout de relais conducteurs (ex. (nano)particules métalliques, nanotubes de carbones) améliorent généralement la sensibilité du système mais compliquent fortement l’interprétation détaillée de leur fonctionnement.Dans cette thèse nous considérons des systèmes modèles composés d’une électrode d’or plane recouverte d’une monocouche auto-assemblée (SAM) fonctionnelle de 11-amino-undecanethiol. Les deux premiers chapitres de résultats sont consacrés à l’étude comparative du transfert électronique entre l’électrode d’or et une sonde redox soit en solution soit immobilisée sur la SAM. Dans une dernière partie nous étudions l’impact de la présence de nanoparticules métalliques d’or adsorbées sur la SAM sur le transfert électronique avec une sonde redox en solution. Ce travail repose sur l’utilisation de mesures électrochimiques (voltammétrie cyclique et spectroscopie d’impédance électrochimique) et d’observations par microscopie électronique à balayage (MEB). Les données sont analysées de manière quantitative selon des modèles analytiques et numériques, développés spécifiquement pour prendre en compte la complexité de systèmes réels, qui nous permettent de décrire la distribution du potentiel aux interfaces, de caractériser les différents chemins de conductions et la vitesse de transfert électronique.

mots clés

Titre traduit

Study of the electronic transfer on gold electrode covered with a molecular monolayer : Influence of the adsorption of redox centres or metallic nanoparticles
Résumé

Bio-electrochemical sensors are based on the association of a conductive electrode and a functionalized organic layer. The interest in this type of sensor resides in the flexibility of the choice and shape of the materials that make up this structure, which makes it possible to adapt to a wide range of applications. A complex architecture, aimed at increasing the specific surface area, and the addition of conductive relays (e.g. metallic (nano)particles, carbon nanotubes) generally improve the sensitivity of the system but greatly complicate the detailed interpretation of their operation.In this thesis we consider model systems consisting of a planar gold electrode covered with a functional self-assembled monolayer (SAM) of 11-amino-undecanethiol. The first two chapters of results are devoted to the comparative study of the electronic transfer between the gold electrode and a redox probe either in solution or immobilised on the SAM. In the last part we study the impact of the presence of gold metal nanoparticles adsorbed on the SAM on the electronic transfer with a redox probe in solution. This work is based on the use of electrochemical measurements (cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy) and scanning electron microscopy (SEM) observations. The data are analysed quantitatively using analytical and numerical models, developed specifically to take into account the complexity of real systems, which allow us to describe the potential distribution at the interfaces, to characterise the different conductive paths and the electronic transfer rate.