Synthèse par voie colloïdale et étude des propriétés optiques et structurales de nanocristaux ternaires ZnSeS dopés

Colloidal synthesis and study of the optical and structural properties of doped ternary nanocrystals ZnSeS

• Auteur / Autrice : Salima Mabrouk
• Direction : Raphaël Schneider, Rafik Ben Chaabane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 22/11/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Monastir (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Hervé Rinnert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Schneider, Rafik Ben Chaabane, Fabien Delpech, Mounir Ben Ali, Rym Mlika
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Delpech, Mounir Ben Ali

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoluminescence

Dispositifs optoélectroniques

Semiconducteurs -- Dopage

Composés ternaires

Synthèse (chimie)

Points quantiques

Mots clés libres

Quantum dots ternaires

ZnSeS

Dopage

Propriétés optoélectroniques

(Photo)stabilité

Capteurs

Ternary quantum dots

ZnSeS

Doping

Optoelectronic properties

(Photo)stability

Sensors

Résumé

Depuis quelques années, les QDs ternaires ont connu un développement exponentiel grâce à leurs propriétés, notamment leur photoluminescence, qui peut non seulement être contrôlée par leur taille mais également par leur composition. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une nouvelle méthode de synthèse « verte » en milieu aqueux de QDs ternaires ZnSeS dopés et nous avons étudié l'effet de la variation du dopant (Mn2+, Cu2+ou Cu2+/Al3+) ainsi que de sa localisation (dans le cœur ou dans la coquille) sur leurs propriétés optiques et structurales. La première partie de ce travail décrit la synthèse des QDs ternaires cœur ZnSeS:Mn et cœur/coquille ZnSeS:Mn/ZnS en utilisant le 2-MPA comme ligand. Les résultats obtenus montrent que ces nanocristaux peuvent être préparés avec des rendements quantiques de 22 et 41%, respectivement. Ces QDs ont montré une excellente photostabilité sous irradiation UV et peuvent facilement être transférés en phase organique à l'aide du ligand hydrophobe octanethiol et cela sans altération de leurs propriétés optiques. Par la suite, des QDs cœur/coquille/coquille ZnSeS/ZnS:Cu/ZnS pour lesquels le dopant Cu est introduit dans la première coquille ont été préparés en utilisant le 3-MPA comme ligand. Une excellente (photo)stabilité en présence d'air et d'oxygène ont été observés. Les QDs cœur/coquille/coquille ZnSeS/ZnS:Cu/ZnS ont un rendement quantique de photoluminescence de 20% et ont été utilisés comme sondes photoluminescentes pour la détection des ions Pb2+ en milieu aqueux. Une extinction sélective de l'émission de photoluminescence en présence des ions Pb2+ a été observée. Enfin, des QDs co-dopés Cu et Al, ZnSeS/ZnS:Cu/ZnS:Al/ZnS (première coquille dopée avec Cu2+ et deuxième coquille dopée avec Al3+) ont été préparés. Le co-dopage permet l'amélioration des propriétés optiques, notamment du rendement quantique (jusqu'à 32%) ainsi que de la durée de vie de photoluminescence des QDs dopés Cu.

In recent years, ternary QDs have experienced an exponential development thanks to their properties, especially their photoluminescence, which can be controlled not only by their size but also by their composition. As part of this thesis, we developed a new "green" synthesis in aqueous media of ZnSeS-doped ternary QDs and we studied the effect of the variation of the dopant (Mn2+, Cu2+, or Cu2+/Al3+) as well as its localization (in the core or in the shell) on their optical and structural properties. The first part of this work describes the synthesis of ZnSeS:Mn ternary QDs and ZnSeS:Mn/ZnS core/shell using 2-MPA as a ligand. The results obtained show that these nanocrystals can be prepared with quantum yields of 22% and 41%, respectively. These QDs have shown excellent photostability under UV irradiation and can easily be transferred to the organic phase using the hydrophobic octanethiol ligand without altering their optical properties. Subsequently, core/shell ZnSeS/ZnS:Cu/ZnS QDs for which the Cu dopant is introduced into the first shell were prepared using 3-MPA as a ligand. Excellent (photo)stability in the presence of air and oxygen was observed. ZnSeS/ZnS:Cu/ZnS core/shell QDs have a 20% photoluminescence quantum yield and have been used as photoluminescent probes for the detection of Pb2+ ions in aqueous media. A selective extinction of the photoluminescence emission in the presence of Pb2+ ions was observed. Finally, Cu and Al co-doped QDs, ZnSeS/ZnS:Cu/ZnS:Al/ZnS (first shell doped with Cu2+ and second shell doped with Al3+) were prepared. Co-doping allows the improvement of the optical properties, including quantum efficiency (up to 32%) as well as the photoluminescence lifetime of Cu-doped QDs.