Tensioactifs hydroxylés comme agent de croissance pour la synthèse de nanoparticules anisotropes d’or

par Monique Angelo Da Silva

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Mario Roberto Meneghetti et de Alain Roucoux.

Soutenue en 2014

à Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie en cotutelle avec l'Universidade Federal de Alagoas , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) et de Université européenne de Bretagne (autre partenaire) .

mots clés

• Tensioactifs hydroxylés
• Nanoparticules anisotropes
• Nanoparticules d'or

Résumé

Les nanobatônnets d'or (AuNRs) suscitent un intérêt considérable en raison de leurs propriétés optiques particulières, fortement dépendantes de leur rapport d’aspect (longueur/épaisseur), et donc de leurs applications potentielles en optique et en médecine. Dans ce contexte, le développement de nouvelles stratégies pour la synthèse de nanobatônnets avec des rendements et des sélectivités élevés reste un challenge avec un objectif de contrôle efficace de la taille et de la morphologie. Parmi les différentes voies de préparation, la méthodologie par ensemencement est la plus utilisée, notamment en présence de bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB), comme agent de croissance. A notre connaissance, peu de travaux ont été reportés dans la littérature en présence d’autres agents de croissance. Dans ce contexte, nous avons développé une famille originale d’agents de croissance, les sels de N,Ndiméthyl- N-cétyl-N-hydroxyalkylammonium (HAAX), produisant des nanobatônnets d’or avec des rendements et des sélectivités élevés dans l’eau. Ces tensioactifs présentant une bonne solubilité dans l'eau sont facilement synthétisés avec de bons rendements et différents paramètres structuraux peuvent être modulés tels que: i) la longueur de la chaîne lipophile (C12, C16, C18), ii) la nature des contre-ions par métathèse anionique (X- = F-, Cl-, Br-, I-, BF4 - et HCO3 -), et plus particulièrement iii) la tête polaire hydroxylée. Les nanoparticules d’or obtenues par la méthode d’ensemencement ont été caractérisées par spectroscopie Uv-vis et par Microscopie Electronique à Transmission, montrant l’influence du tensioactif sur la morphologie et la taille (dimension, rapport d’aspect). Cette famille de sels d’ammonium, de par sa modularité, permet d’accéder à différentes formes et tailles de nanoparticules d’or suivant l’objectif souhaité et ouvre ainsi des perspectives intéressantes en termes d’applications.

Titre traduit

Hydroxylated surfactants as growth-driving agents for the synthesis of anisotropic gold nanoparticles

Résumé

Gold nanorods (AuNRs) have attracted great interest owing to their particular optical properties, strongly dependent on the size and aspect ratio (thickness/length), and thus their potential applications in optics and medicine (therapy, cancer diagnosis. . . ). In this context, the development of new strategies for the synthesis of anisotropic nanorods with high yields and selectivities remains a challenge towards an effective control of the size and morphology. Among the different preparation routes, the seed mediated method is most commonly used, especially in the presence of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as a growth-driving agent. To our knowledge, few works have been reported in the literature in presence of other growth driving agents. In this context, we have developed a novel family of growth driving agents, N,N-dimethyl-N-cetyl-N-hydroxyalkylammonium salts (HAAX), producing gold nanorods with high yields and selectivities in water. These surfactants have good solubility in water and are easily synthesized in good yields and different structural parameters could be modulated such as : i ) the length of the lipophilic chain (C12 , C16 , C18), ii ) the nature of the counter ion by anionic metathesis (X- = F-, Cl-, Br-, I-, HCO3 - and BF4 -), and more particularly iii) the hydroxylated polar head. The gold nanoparticles obtained by the seed mediated method were characterized by UV -vis spectroscopy and transmission electron microscopy, showing the influence of the surfactant on the morphology and on the size (aspect ratio). Thus, this family of easily tunable ammonium salts allows access to various shapes and sizes of gold nanoparticles according to the desired target and opens interesting perspectives in terms of applications.