Films de Langmuir-Blodgett à base de nanoparticules de platine à enrobage organique modifié : élaboration, caractérisation et comportement électrochimique

par Sara Cavaliere-Jaricot

Thèse de doctorat en Chimie et sciences des matériaux

Sous la direction de Arnaud Etcheberry.

Soutenue en 2006

à Versailles-St Quentin en Yvelines .

mots clés

• Langmuir-Blodgett, Couches de
• Nanoparticules
• Platine
• Électrocatalyse
• Oxydoréduction

Résumé

Ce travail porte sur l’élaboration et la caractérisation physico-chimique et électrochimique de films de Langmuir-Blodgett (LB) à base de nanoparticules de platine enrobées par la 4-mercaptoaniline. Cette couronne est modifiable par des réactions chimiques (réactions de sur-greffage), ce qui induit des modifications sur les caractéristiques et les propriétés de ces systèmes nanocomposites (stabilité, solubilité, structure, conductivité…). En particulier nous avons étudié la variation du comportement électrochimique avec l’enrobage organique vis-à-vis de deux sondes principales : le couple [Fe(CN)6]3-/4-, sonde mono-électronique traditionnelle de sphère externe, et l’oxygène, sonde multi-électronique spécifique de la surface de Pt avec des applications de grand intérêt (piles à combustible). L’électroactivité des nanocomposites a été observée sans activation préalable. La stabilité de leur composition et de leur structure après les traitements électrochimiques a été vérifiée par XPS. La technique LB permet d’élaborer des films mono-moléculaires avec contrôle de l’épaisseur, de la densité de particules et de la structure. Nous avons donc agi sur ces paramètres afin d’étudier l’évolution du comportement électrochimique de ces nanomatériaux. Les expériences sur la variation de la quantité de particules et sur l’élaboration d’hétéro-nanostructures composées de couches de différente composition a permis de comprendre le fonctionnement électrochimique de tels systèmes. L’étude d’autres sondes électrochimiques sensibles à la structure de la surface d’électrode (N2H4, NH3, H2…) nous a conduit à avancer des hypothèses sur les plans cristallins exposés par les nanoparticules

Titre traduit

Langmuir-Blodgett films of platinum nanoparticles with modified organic capping layer : elaboration, characterization ad electrochemical behavior

Résumé

The aim of this work is the elaboration and the physico-chemical and electrochemical characterization of Langmuir-Blodgett films (LB) of platinum nanoparticles capped by 4-mercaptoaniline. Such organic crown can be modified by chemical reactions (over-grafting reactions), leading to the modification of the proprieties (stability, solubility, structure, conductivity…) of such nanocomposite systems. We studied the variation of the electrochemical behavior with the capping agent towards two main probes: [Fe(CN)6]3-/4-, a traditional mono-electronic outer-sphere probe, and oxygen, a multi-electronic surface-sensible probe with interesting applications (fuel cells). The electroactivity of such nanocomposites is detected without any previous activation. Their stability in terms of composition and structure after electrochemical cycling is supported by XPS analysis. LB technique allows the elaboration of mono-molecular films with control on thickness, particle density and structure. Then, we varied these parameters to study the evolution of nanocomposite electrochemical behavior. The experiences on the variation of the nanoparticle amount and on the elaboration of hetero-nanostructures composed by layers of different composition led to the comprehension of the how the electrochemical processes take place on such systems. The study of other structure-sensitive electrochemical probes (N2H4, NH3, H2…) allowed us to make an hypothesis on the crystal planes exposed by the Pt nanoparticles.