N-heterocyclic carbenes coated nanocrystals and supracrystals

par Xiang Ling

Thèse de doctorat en Chimie Physique

Sous la direction de Marie Paule Pileni.

Soutenue le 10-07-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec De la Molécule aux Nanos-objets : Réactivité, Interactions et Spectroscopies (laboratoire) .

Le jury était composé de Didier Astruc, Wais Hosseini, Piero Baglioni, Hélène Gerard, Sylvain Roland.

  • Titre traduit

    Nanocristaux habillés par des carbènes N-hétérocycliques et supracristaux


  • Résumé

    Les nanomatériaux ont beaucoup captivé l'attention pour leur propriétés uniques, fortement associées à leurs dimensions nanoscopiques. En particulier, les nanoparticules (NP) à base de métaux nobles (Au, Ag) présentent des propriétés mécaniques, électroniques, optiques et magnétiques particulières intéressantes pour le développement d'applications dans de nombreux domaines à fort impact sociétal. En raison de leur stabilité élevée par rapport aux autres nano- particules métalliques, les nanoparticules d'or ont été abondamment explorées pour les nanotechnologies. Ces dernières décennies, les NHC ont émergé en tant que classe essentielle de ligands neutres en chimie organométallique. Les NHC sont caractérisés par leur flexibilité synthétique élevée, leur géométrie spécifique, et une liaison métal–Ccarbène très forte dans les complexes métalliques. Toutes ces propriétés ont été largement étudiées et exploitées pour les applications en catalyse homogène et pour le développement de complexes biologiquement actifs. Par comparaison, l'utilisation des NHC dans les matériaux reste largement peu explorée. Dans ce travail, le potentiel de ligands NHC dans le domaine des nanomatériaux, comme des agents de revêtement pour le produit nanocristaux de synthèse de l'or (et l'argent), la produit de stabilisation et de l'auto-assemblage dans supracrystals ont été explorés. Tout d'abord, des complexes d'argent et d'or-NHC qui sont bien définies avec différents ligands qui sont connus comme le NHC, sont étudiés pour leur pertinence afin de générer des astable nanocristaux (NCs) dans des conditions réductrices avec un bon contrôle de la taille des nanocristaux. Nous démontrons que le Au et le Ag NCs peuvent tous être formés par la réduction des complexes métal-NHC avec les amine-boranes. L'efficacité du procédé, la taille moyenne et la taille de la répartition des nanocristaux dépendent fortement de la structure du ligand NHC. Cependant, nous démontrons dans cette partie que les différentes voies sont impliqués à générer des nanocristaux par Au ou Ag précurseurs, comme une spécifique réaction observée entre Ag-NHC et thiols conduisant à la formation de thiolates argent alors que le Au-NHC correspondant reste inchangé...


  • Résumé

    Nanomaterials have received extraordinary attention owing to their unique properties, strongly associated to their nanoscale dimensions. In particular, noble metal (Au, Ag) nanoparticles (NPs) exhibit particular mechanical, electronic, optical and magnetic properties and present a high potential for developing applications in many domains with important societal impacts. Due to their higher stability by comparison with other metal-based nanoparticles, Au NPs have been extensively investigated for research in nanotechnology. In the last decades, N-Heterocyclic carbenes (NHCs) have emerged as an essential class of neutral ligands in organometallic chemistry. NHCs are characterized by their high synthetic flexibility, their specific geometry, and a very strong metalCcarbene bond in metal complexes. All these properties have been widely studied and exploited for applications in homogeneous catalysis and for the development of biologically active complexes. By comparison, the use of NHCs in nanomaterials remains largely unexplored. In this work, the potential of NHC ligands in the field of nanomaterials, as coating agents for gold nanocrystals synthesis, stabilization and self-assembly into supracrystals has been explored. First, well-defined silver and gold–NHC complexes with different well-known NHC ligands are investigated for their relevance to generate stable nanocrystals (NCs) under reductive conditions with a good control of nanocrystals size. We demonstrate that both Au and Ag NCs can be formed by reduction of metal-NHC complexes with amine-boranes. The efficiency of the process and the average size and size distribution of the nanocrystals markedly depends on the structure of the NHC ligand. However, we demonstrate in this part that different pathways are involved to generate nanocrystals from Au or Ag precursors, as a specific reaction is observed between Ag-NHCs and thiols leading to the formation of silver thiolates whereas the corresponding Au-NHCs remain unchanged...

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