Spin Crossover Nanoparticles of Fe (pyrazine) [Pt(CN)4] : Role of Environment on Thermal Bistability

par Yousuf Raza

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Talal Mallah.

Soutenue le 22-03-2013

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud , en partenariat avec Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (laboratoire) .

Le président du jury était Corine Mathonière.

Le jury était composé de Talal Mallah, Corine Mathonière, Olivier Stéphane Roubeau, Daniel Talham, Laure Catala.

Les rapporteurs étaient Olivier Stéphane Roubeau, Daniel Talham.

  • Titre traduit

    Nanoparticules à transition de spin du réseau Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] : Rôle de l’environnement sur la bistabilité thermique


  • Résumé

    Ce travail a porté sur la synthèse et l'étude de nanoparticules à transition de spin du réseau tridimensionnel Fe(pyrazine)[Pt(CN)4]. L'objectif principal de ce travail était d’étudier l’effet de l'environnement (matrice) sur les propriétés de transition de spin des nanoparticules de Fe(pyrazine)[Pt(CN)4]. Dans un premier temps, la synthèse en microémulsion et l’étude de quelques paramètres permettant de varier la taille des particules ont été menées. La morphologie de deux tailles de particules a été étudiée en particulier par tomographie électronique. Les propriétés des particules de Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] de 10 nm récupérées sans enrobage sont présentées et révèlent une coopérativité comparable au composé massif. L’étude a ensuite été poursuivie en modifiant uniquement l'environnement des particules en gardant les autres paramètres (taille, composition, forme) constants. Des particules de Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] de 10 nm ont été protégées par différentes molécules telles qu’un dérivé calix-8-arène comportant des pyridines, le para-nitrobenzylpyridine (pNBP), un polymère (PVP) ou encore par croissance par voie sol-gel d’une coquille de silice de différentes épaisseurs. L’effet de l’environnement des nanoparticules sur les propriétés de transition de spin a été mis en évidence de manière très claire et la compressibilité de la matrice a été proposée comme élément permettant de moduler cette coopérativité. Par ailleurs, l'influence de la nature du réseau inorganique modifié par insertion d’iode dans le réseau de Fe(pyrazine) [Pt(CN)4] des nanoparticules a été étudiée, afin d’augmenter la température de transition autour de l’ambiante. Un effet particulièrement important été observé sur la coopérativité de la transition de spin des particules enrobées. Les résultats ont été discutés dans le contexte de récentes études de modélisation.


  • Résumé

    This work is focused on the synthesis and study of the spin crossover nanoparticles of 3D Fe (pyrazine) [Pt(CN)4] network. The main objective of this work was to study the environment (matrix) effects on the spin crossover (SCO) behavior of the Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] nanoparticles. At first, microemulsion synthesis and study of some parameters affecting the size of the particles have been conducted. The morphology of particles of two sizes has been studied in particular using Electron Tomography. The properties of the 10 nm Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] particles recovered without coating are presented and reveal cooperativity comparable to the bulk compound. The study was followed by changing only the environment and keeping other parameters (size, composition, shape) constant. 10 nm Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] nanoparticles were protected by different molecules such as a derivative of calix-8-arene having pyridine groups, para-nitrobenzylpyridine (pNBP), a polymer (PVP) or a silica shell of different thicknesses grown via sol-gel process. The effect of the environment of nanoparticles on the spin transition properties has been demonstrated very clearly and the compressibility of the matrix has been proposed as an element to modulate the cooperativity. In addition, the influence of the nature of the inorganic network modified by insertion of iodine in the network Fe(pyrazine)[Pt(CN)4] nanoparticles has been studied to increase the transition temperature around ambient temperature. A particularly significant effect was observed on the cooperativity of the spin transition of the coated particles. The results were discussed in the context of recent modelisation studies.


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