Contrôle de taille, de conformation et induction de chiralité de nanoplaquettes semi-conductrices de CdSe

Control of size, of conformation, and induction of chirality of semi-conducting CdSe nanoplatelets

• Auteur / Autrice : Guillaume Landaburu
• Direction : Benjamin Abecassis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 04/12/2023
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)
• Jury : Président / Présidente : Reiko Oda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Abecassis, Reiko Oda, Jeanne Crassous, Thierry Gacoin, Laure Guy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jeanne Crassous, Thierry Gacoin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Chiralité

Mots clés libres

Nanoplaquettes

Chiralité

Semi-conducteurs

Conformation

Nanoplatelets

Chirality

Semi-conductors

Conformation

Résumé

Cette thèse a pour sujet le contrôle de taille, de conformation, et l’induction de chiralité de nanoplaquettes semi-conductrices de CdSe. Ces nanoplaquettes sont synthétisées en milieu colloïdal. Les travaux entrepris ont porté sur deux axes : comprendre l’influence des paramètres de synthèse sur les dimensions et la conformation adoptée par les nanoplaquettes de CdSe, et provoquer une induction de chiralité au niveau des propriétés optiques des nanoplaquettes en vue d’obtenir des propriétés chiroptiques. Cette induction de chiralité peut se faire soit par échange de ligands avec des ligands chiraux sur des nanoplaquettes achirales, soit par synthèse en milieu chiral, et les deux pistes ont été explorées. Le premier chapitre de la thèse propose un état de l’art général sur les nanoplaquettes semiconductrices de CdSe, leurs propriétés, leur chimie de surface, ainsi que l’induction de chiralité dans le domaine des nanomatériaux. Le second chapitre porte sur l’influence du précurseur séléniure de phosphine sur la conformation et les dimensions des nanoplaquettes zincblendes. La température et la vitesse d’ajout du précurseur ont également été étudiées. Nous démontrons qu’en jouant sur ces paramètres nous pouvons obtenir des nanoplaquettes de dimensions variables repliées en cylindres, en hélices, ou agglomérées en dendrites. Le troisième chapitre aborde l’induction de chiralité par échange de ligands avec des ligands chiraux dérivés de l’acide tartrique. L’échange est opéré sur des nanoplaquettes zincblendes. L’étude des spectres CD montre de légères différences entre les ligands selon leur structure moléculaire, et la littérature nous fait penser que ces différences sont liées à l’orientation des ligands en surface desnanoplaquettes. Enfin, le dernier chapitre relate la mise au point de la première synthèse de semi-conducteur en solvant chiral. Des nanoplaquettes de CdSe wurtzites sont synthétisées dans un mélange d’amines dont la (R)/(S)-α-méthylbenzylamine servant d’inducteur de chiralité. L’optimisation des paramètres régissant la chiralité donne des résultats supérieurs à ceux de la littérature pour les semi-conducteurs. L’investigation de l’origine de la chiralité met en évidence des propriétés particulières du système qui suggèrent un équilibre plus complexe qu’une simple loi d’action de masse.

This thesis subject is the control of size, conformation and induction of chirality in semi-conducting CdSe nanoplatelets. Those nanoplatelets are synthesized in colloidal solutions. The work undertaken was made along two axes : understanding the influence of the synthesis parameters on the dimensions and conformation of CdSe nanoplatelets, and induce chirality into the optical properties to obtain chiroptical properties. This induction of chirality may be generated either by ligand exchange for chiral ligands on achiral nanoplatelets, or by synthesis in a chiral media, and both possibilities have been explored. The first chapter of this thesis offers a general state of the art about semi-conducting CdSe nanoplatelets, their properties, their surface chemistry, as well as induction of chirality in the field of nanomaterials. The second chapter describes the influence of the phosphine selenide precursor on the conformation and dimensions of the zincblende nanoplatelets. The temperature and addition rate of the selenide precursor were also studied. We prove that by fine-tuning those parameters we can obtain nanoplatelets varying in dimensions and curved as cylinders, helixes or stacked as dendrites. The third chapter delves into the induction of chirality by ligand exchange for chiral ligands derivated from tartaric acid. The exchange is operated on zincblende nanoplatelets. The study of CD spectra shows small variations between the ligands depending on their molecular structure, and the litterature leads us to believe those variations are caused by a difference in ligand orientation on the nanoplatelets surface. Finally, the last chapter relates the development of the first synthesis of semi-conductor in a chiral solvent. CdSe wurtzite nanoplatelets are synthesized in a mixture of amines including the (R)/(S)-α-methylbenzylamine used as a chirality inducer. The optimization of the parameters governing the induction of chirality yield better results than those in the litterature for semi-conductors. The origin of the chirality was investigated and we show our system has peculiar properties that suggest an equilibrium more complex than a simple law of mass action.