Nanoparticules métalliques induites par radiolyse : confinement et auto-assemblage

par Wafa Abidi

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique

Sous la direction de Hynd Remita.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Nanobâtonnets
• Cristaux liquides
• Nanotubes

Résumé

La radiolyse est une méthode efficace pour la synthèse de nanoparticules mono et bimétalliques, de taille, de forme et de structure contrôlées en solution et en milieu hétérogène. Nous avons synthétisé par radiolyse (synthèse « one pot ») des nanobâtonnets d'or de rapports d'aspect contrôlables. Nous avons étudié les processus de réduction et de nucléation/croissance qui mènent à la formation de ces nanoparticules anisotropes. Ces bâtonnets nanométriques métalliques présentent des propriétés optiques originales et des applications potentielles dans différents domaines notamment en optique et en biologie. Ces nanobâtonnets d'or peuvent être piégés dans des hydrogels induits par la réticulation du polymère par radiolyse. Les propriétés d'anisotropie de ces nanobâtonnets sont aussi très recherchées notamment pour former des systèmes organisés et alignés. Nous nous sommes intéressés, dans un second lieu, à la synthèse par radiolyse de nanoparticules d'or et de platine dans des phases lamellaires de cristaux liquides. Nous avons montré que le confinement permettait de limiter la croissance et la taille des nanoparticules. Des nanobâtonnets d'or ont pu être insérés dans la phase aqueuse confinée de la mésophase, ou induits directement in situ par radiolyse. Dans tous les cas, la structure de la mésophase lamellaire est conservée après la croissance des nanoparticules. Le comportement des nanobâtonnets d'or confinés dans la mésophase a été étudié. D'autre part, nous avons synthétisé par radiolyse des nanoparticules de platine ou à base de platine (Pt/Ru, Pt/Ru/Sn et Pt/Co) en solution et sur des nanotubes de carbone. Les nanoparticules obtenues sont petites et monodisperses. La fonctionnalisation des nanotubes par un tensioactif a permis un assemblage homogène des nanoparticules sur leur surface et un meilleur accrochage. Ces nanocomposites peuvent avoir des applications dans différents domaines : piles à combustible, capteurs, limitation optique. . .

Titre traduit

Metallic nanoparticles : confinement and self assembly

Résumé

Radiolysis is a powerful method to synthesize mono and bimetallic nanoparticles of controlled size, shape and structure, in solution and in heterogeneous media. Gold nanorods of controllable aspect ratios were synthesized by radiolysis ("one pot" synthesis). The reduction steps and the nucleation and growth processes leading to the formation of these anisotropic nanoparticles were studied. These nanorods display original optical properties and have potential applications in various fields including optics and biology. These gold nanorods can be trapped in hydrogels induced by the polymer crosslinking under radiolysis. The anisotropic properties of these nanorods are also very attractive for the formation of organized and aligned systems. We were interested, in a second step, to synthesize by radiolysis gold and platinum nanoparticles in liquid crystal lamellar phases. We have shown that the confinement allows limitation of the growth and the size of the nanoparticles. Gold nanorods can be confined in a lamellar phase or induced in situ directly by radiolysis. Ln all cases, the structure of the lamellar phase is preserved after the growth of the nanoparticles. The behavior of gold nanorods confined in the mesophase was also studied. On the other hand, we have synthesized by radiolysis platinum based nanoparticles (Pt, Pt/Ru, Pt/Ru/Sn and Pt/Co) in solution and on carbon nanotubes. The formed nanoparticles are small and monodisperse. Functionalization of nanotubes by a surfactant allowed a homogeneous assembly of nanoparticles on their surface and a better anchoring. These nanocomposites may have applications in different fields: fuel cells, sensors, optical limitation. . .