Une nouvelle voie pour la synthèse de nanoparticules de phosphures de métaux à partir du phosphore blanc : applications en catalyse et pour les batteries au lithium

par Sophie Carenco

Thèse de doctorat en Physique et Chimie de la Matière Condensée

Sous la direction de Clément Sanchez.

Soutenue en 2011

à Paris 6 .

mots clés

• Phosphures
• Métaux
• Nickel
• Nanoparticules
• Catalyse
• Phosphore

Résumé

Dans ce manuscrit est exposée en premier lieu une méthode originale pour la synthèse de nanoparticules de phosphures de métaux (Ni2P, InP, FeP, Zn3P2). Le phosphore blanc (P4) est utilisé comme réactif stœchiométrique, en solution et dans des conditions douces (25-220°C), sur des précurseurs de métaux(0) (complexes organométalliques ou nanoparticules). Ce contrôle inédit de la stœchiométrie permet par la suite l’obtention de nanoparticules cœur-coquille Ni2P-Ni via un mécanisme de ségrégation de phase intraparticulaire, induit par la taille nanométrique des nanoparticules de nickel utilisées comme précurseur. Dans un second temps, les nanoparticules de phosphures de métaux sont évaluées en tant qu’électrodes négatives pour les batteries au lithium. Une calcination des nanoparticules sous atmosphère réductrice s’avère indispensable pour permettre la réaction du lithium avec l’électrode. Enfin, les propriétés de Ni2P en catalyse sont explorées. L’hydrogénation chemosélective des alcynes est réalisée en solution à une température basse (85°C) et compatible avec la présence de divers groupes fonctionnels sur l’alcyne

Titre traduit

A new versatile route to metal phosphide nanoparticules using white phosphorus : applications in catalysis and for lithium batteries

Résumé

In this manuscript, an original synthesis of metal phosphide nanoparticles (Ni2P, InP, FeP, Zn3P2) is described first. White phosphorus (P4) was stoichiometrically reacted on metal(0) precursors (organometallic complexes or nanoparticles) in solution and under soft conditions (25-220°C). This unprecedented control of the stoichiometry also allowed the preparation of Ni2P-Ni core-shell nanoparticles, from nickel(0) nanoparticles, via a nanoscaled-induced phase segregation that occurs in each nanoparticle. Secondly, metal phosphide nanoparticles were evaluated as negative electrode for lithium batteries. Calcination of the nanoparticles under inert atmosphere was found to be critical for the electrochemical reaction of lithium with the electrode. Lastly, catalytic properties of Ni2P nanoparticles were investigated. The chemoselective hydrogenation of alkynes was achieved in solution at a low temperature (85°C), compatible with the presence of various functional groups on the alkyne