Développement d’un capteur électrochimique à base de carbone amorphe azote pour la détection de métaux lourds en milieux aqueux

par Serigne Massamba Seck

Thèse de doctorat en Sciences. Chimie du solide et sciences des matériaux

Sous la direction de Emmanuel Baudrin, Modou Fall et de Stéphane Charvet.

Soutenue en 2013

à Amiens en cotutelle avec l'Université Cheikh Anta Diop de Dakar .


  • Résumé

    Les couches minces de a-CNx sont élaborées par pulvérisation cathodique magnétron rf (13,56 MHz) sur substrat de titane ou de silicium. Les propriétés physico-électrochimiques sont optimisées en fonction des paramètres de dépôt (%N2 dans le plasma et puissance radioélectrique). Les voltampérométries cyclique et inverse différentielle sont utilisées pour les caractérisations électroanalytiques de nos couches qui sont directement corrélées avec les propriétés microstructurales, électriques, etc. La fenêtre de potentiel (-1,5 to +1,8 V/ECS) et la réactivité de l’électrode (DEp = 110 mV) de a-CNx, les sensibilités aux ions Cu2+ et Cd2+ ainsi les limites de détection sont comparables à celles de l’électrode commerciale de DDB avec des coûts de fabrication beaucoup moins onéreux. La sensibilité et la sélectivité sont étudiées en détection séparée et simultanée du cuivre et du cadmium, et les interférences intermétalliques notées sont étudiées. La spécificité d'un tel capteur peut être améliorée par fonctionnalisation de l'électrode. Cette modification superficielle est exécutée par greffage de sels d’aryldiazonium et par fonctionnalisation au cyclame. La concentration de greffage et le nombre de cycles sont optimisés et corrélés à la spécificité et à la sensibilité de Cu2+ et/ou du Cd2+. Le revêtement de l'électrode par le cyclame par voie organique thermique est testé par AFM, par Infrarouge, par mesure d’angles de contact et électrochimiquement par des tests de réactivité par rapport au ferriferrocyanure de potassium avant et après greffage. La fonctionnalisation par le cyclame est établie pour sa spécificité à se complexer avec le cuivre et éventuellement à d’autres cations métalliques. De ce fait, la détermination ionique par complexation a été appliquée à l’électrode a-CNx fonctionnalisée au cyclame dans le cadre de la détection du cuivre.

  • Titre traduit

    Development of electrochemical sensor with nitrogenated amorphous carbon thin film electrodes for detection of heavy metals in aqueous system


  • Résumé

    Nitrogenous amorphous carbon (a-CNx) thin films were deposited by radio-frequency (13. 56 MHz) cathodic magnetron sputtering on titanium disks and on silicon substrate. While these films are cheaper to prepare than commonly reported carbon-based electrodes, the usable electrochemical window in aqueous solution is within the same range and spans from -1. 5 to +1. 8 V vs. SCE. The electrochemical reactivity (DEp = 110 mV) was tested using the ferri-ferrocyanide redox couple as a function of the thin films preparation parameters. Cadmium and copper were used to test these detection abilities. Better analytical properties (notably sensitivity and linearity) were obtained as compared to a commercial boron doped diamond electrode. Preliminary competition/interaction experiments for these two cations were performed. The specificity of such a sensor relative to a certain metal cation (copper and cadmium) can be improved by functionalization of the electrode. This surface modification is performed using cyclame by electrografting of diazonium salts which present a specific interaction with ions in solution. The grafting precursor concentration and number of cycles are optimized and correlated to the specificity and sensitivity of copper and/or cadmium cation detection. The coverage of the electrode, tested in AFM, IR, contact angle measurement and electrochemically in Fe(CN)6 3-/4- shows that the grafting of diazonium salt is effective on the surface of the aC:Nx electrode. Greater sensitivity of the electrode to Cd2+ is observed for the highest concentrations of grafting salts. Moreover, a marked modification after grafting of the alteration of the Cd2+ signal due to the presence of Cu2+ is observed, giving way to a better specificity of these functionalized sensors. The sensitivity of cyclam modified electrode is lower than the unmodified sensor.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XX-172 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Picardie Jules Verne. Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
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  • Cote : T 51 2013-2
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