Plasmonic photocatalysis : from fundamental aspects to applications

Photocatalyse plasmonique : des aspects fondamentaux aux applications

• Auteur / Autrice : Charlène Brissaud
• Direction : Jean-Yves Piquemal, Miguel Comesaña-Hermo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 25/10/2024
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Interfaces, traitements, organisation et dynamique des systèmes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabel Pastoriza-Santos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Hamon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Philippot, Mona Tréguer-Delapierre
• DOI : 10.70675/a7681043zcde2z4616z997bz36627b86a141

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photocatalyse

Plasmons

Photocatalyseurs

Porteurs chauds

Mots clés libres

Photocatalyse

Plasmonique

Super-cristaux

Electrons chauds

Photocatalysis

Plasmonics

Supercrystals

Hot electrons

Résumé

La photocatalyse plasmonique est un domaine de recherche dynamique consacré à l'activation de transformations chimiques grâce aux caractéristiques optoélectroniques uniques des nanomatériaux plasmoniques. L'utilisation de ces objets comme photocatalyseurs conduit à de nouvelles réactivités par rapport aux photocatalyseurs hétérogènes classiques, avec notamment un contrôle sans précédent de l'efficacité et de la sélectivité chimique. En effet, lorsqu'une nanoparticule métallique est irradiée, ses électrons de conduction oscillent collectivement pour générer ce que l'on appelle un plasmon. Ce plasmon conduit à la génération de porteurs de charge très énergétiques qui peuvent participer à des réactions chimiques autrement non réalisables en catalyse hétérogène classique. Mes travaux de recherche portent sur l'élaboration d'assemblages réguliers de nanoparticules plasmoniques appelés supercristaux, ainsi que sur leur utilisation en tant que photocatalyseurs pour des réactions activées par la lumière, comme les transformations organiques à forte valeur ajoutée. De tels assemblages permettent de générer un couplage optique entre les nanoparticules qui résulte en une exaltation locale du champ électromagnétique, elle-même conduisant à une amélioration de l'efficacité photocatalytique de ces matériaux. Un autre objectif de ma thèse est de comprendre le rôle des différents mécanismes plasmoniques dans la réactivité de ces photocatalyseurs originaux pour optimiser leurs propriétés.

Plasmonic photocatalysis is a dynamic field of research dedicated to the activation of chemical transformations through the unique optoelectronic characteristics of plasmonic nanomaterials. The use of these objects as photocatalysts leads to new reactivities compared to conventional heterogeneous photocatalysts, notably providing unprecedented control over efficiency and chemical selectivity. When a metallic nanoparticle is irradiated, its conduction electrons collectively oscillate to generate what is known as a plasmon. This plasmon leads to the generation of highly energetic charge carriers that can participate in chemical reactions otherwise unachievable with conventional heterogeneous catalysis. My research focuses on the development of regular assemblies of plasmonic nanoparticles, called supercrystals, and their use as photocatalysts for light-activated reactions, such as high-value organic transformations. Such assemblies enable the generation of optical coupling between nanoparticles, resulting in a local enhancement of the electromagnetic field, which in turn improves the photocatalytic efficiency of these materials. Another objective of my thesis is to understand the role of different plasmonic mechanisms in the reactivity of these novel photocatalysts to optimize their properties.