Auto-assemblage de nanoparticules métalliques en superstructures à un seul composant et binaires

Self-assembly of metal nanoparticles into single component and binary superstructures

• Auteur / Autrice : Clemence Chinaud-Chaix
• Direction : Simon Tricard, Thomas Fernique
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organométallique et de Coordination
• Date : Soutenance le 26/01/2023
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et chimie des nano objets (Toulouse ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Martine Meireles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mona Tréguer-Delapierre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Abecassis, Marianne Impéror-Clerc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solvant, Effets de (chimie)

Ligands (biochimie)

Autoassemblage

Nanoparticules

Mots clés libres

Superstructure

Auto-assemblage

Nanoparticules

Ligand

Solvant

Evaporation

Superstructure

Self-assembly

Nanoparticles

Ligand

Solvent

Evaporation

Résumé

L'auto-assemblage est processus au cours duquel des composants individuels s'arrangent dans des structures ordonnées. Dans le domaine de la chimie, ce terme est généralement employé pour tous blocs de construction reliés entre eux par des interactions faibles. L'intérêt d'auto-assembler des nanoparticules (NPs) réside dans l'obtention de superstructures dont la nature des empilements offre un large panel d'architectures (compact, poreux, périodique, apériodique, quasi-périodique, etc.). De plus, les nano-objets présentent des propriétés fonctionnelles variées. Les assembler permettrait donc de combiner ces propriétés et d'obtenir des effets concertés, voire coopératifs, qui dépendent de la nature des empilements. Les possibilités d'assemblages des NPs sont multiples et donnent lieu à une grande variété de structures complexes, d'autant plus diverses que le nombre de composants dans la solution est important. La compréhension des mécanismes de formation est donc un enjeu important dans l'objectif de contrôler la superstructure finale, qui dépend de plusieurs paramètres physico-chimiques : nature et taille des NPs, nature des ligands et du solvant, température, pression, balayage de gaz, etc. Deux de ces paramètres apparaissent comme étant des éléments clés : les effets du ligand et les effets liés au solvant et à son évaporation. Ce travail de thèse est focalisé sur la compréhension de l'impact de ces deux paramètres sur la formation de systèmes à un seul composant et de systèmes binaires. Ce manuscrit s'articulera autour de quatre chapitres. Le chapitre I est un chapitre bibliographique qui détaillera les principes permettant l'obtention d'auto-assemblages structurés de NPs ainsi que les paramètres gouvernant la manière dont ces auto-assemblages se structurent. Dans le chapitre II, les systèmes utilisés ainsi que les méthodes expérimentales mises au point au cours de ce travail seront présentés. Les deux chapitres suivants présenteront les résultats expérimentaux obtenus au cours de la thèse : dans le chapitre III, nous nous intéresserons à l'influence des ligands sur la structuration des auto-assemblages et enfin, le chapitre IV traitera des effets liés au solvant et à l'évaporation de celui-ci.

Self-assembly is a process in which individual components arrange themselves into ordered structures. In the field of chemistry, this term is generally used for all building blocks linked together by weak interactions. The interest of self-assembling nanoparticles (NPs) lies in obtaining superstructures whose stacking nature offers a wide range of architectures (compact, porous, periodic, aperiodic, quasi-periodic, etc.). Moreover, nano-objects present various functional properties. Assembling them would therefore allow to combine these properties and to obtain concerted, even cooperative effects, which depend on the nature of the stacks. The possibilities of assembling NPs are multiple and generate a wide variety of complex structures, all the more diverse as the number of components in the solution is important. The understanding of the formation mechanisms is therefore an important challenge in order to control the final superstructure, which depends on several physico-chemical parameters: nature and size of the NPs, nature of the ligands and the solvent, temperature, pressure, gas flow, etc. Two of these parameters appear to be key factors in the formation of the superstructure: the effects of the ligand and the effects related to the solvent and its evaporation. This thesis work is focused on understanding the impact of these two parameters on the formation of single component and binary systems. This manuscript will be structured around four chapters. Chapter I is a bibliographic chapter that will detail the principles allowing the obtaining of structured self-assemblies of NPs as well as the parameters governing the way these self-assemblies are structured. In chapter II, the systems used and the experimental methods developed during this work will be presented. The two following chapters will present the experimental results obtained during the thesis: in chapter III, we will focus on the influence of ligands on the structuring of the self-assemblies and finally, chapter IV will focus on the effects related to the solvent and its evaporation.