Propriétés optiques, spectroscopiques et électrochimiques d'auto-organisation tridimensionnelles de nanoparticules

Optical, spectroscopic and electrochemical property three-dimensional self-organized

• Auteur / Autrice : Pierre Aubertin
• Direction : Alexa Courty, Emmanuel Maisonhaute
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/07/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interfaces et systèmes électrochimiques (Paris ; 1967-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Mermet, Emmanuelle Dubois
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Miomandre, Bernard Humbert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Raman, Effet augmenté en surface

Résonance plasmonique de surface

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Plasmon de surface

Supracristaux

Sers

Secm

Propriétés optiques et simulations

Nanoparticles

Surface plasmon

Supracrystals

Résumé

Cette thèse se concentre sur la caractérisation d'assemblages organisés de nanoparticules plasmoniques appelés supracristaux. Les nanoparticules utilisées mesurent entre 5 et 11 nm de diamètre et possèdent une distribution en taille étroite permettant leur organisation à trois dimensions. Une fois les supracristaux obtenus, nous avons mesuré les spectres d'absorbance de supracristaux individuels constitués de différentes nanoparticules : cuivre, argent et or. Un modèle théorique simple a été utilisé pour calculer les spectres d'absorbance à partir de données disponibles dans la littérature. Nous avons ensuite montré que les supracristaux de nanoparticules d'argent ou d'or constituent de nouveaux substrats présentant un grand intérêt pour des applications en Spectroscopie Raman Exaltée de Surface (SERS). Les tailles des nanoparticules utilisées sont en effet beaucoup plus petites que celles reportées dans la littérature, d'où un nombre plus important de points chauds et donc une grande sensibilité. En vue d'applications couplées électrochimie/Raman, nous avons également mesuré les spectres de réflectance sous potentiel. De plus, des mesures par AFM conducteur et par microscopie électrochimique montrent que la conductivité des assemblages est faible mais autorise néanmoins des transferts d'électrons entre les supracristaux les plus fins et une sonde redox en solution. Enfin, des expériences de microscopie holographique ont permis de suivre la formation de ces édifices en solution.

This thesis focuses on the characterization of organized assemblies of plasmonic nanoparticles called supracrystals. The nanoparticles have a diameter ranging from 5 to 11 nm diameter and a narrow size distribution allowing their organization at three dimensions. Once the supracrystals were obtained, we measured the absorbance spectrum of individual supracrystals made of various nanoparticles: copper, silver or gold. A simple theoretical model was used to calculate the absorbance spectrum from available data in the literature. We then demonstrated that the supracrystals made of silver or gold nanoparticles are suitable substrates for Surface Enhanced Raman Spectroscopy applications. The sizes of the nanoparticles we use are indeed much smaller than in the literature, so that the number of hot spots and thus the sensitivity are increased. In view of coupling electrochemistry and Raman spectroscopy for future applications, we also measured the reflectance spectrum under potential control. Moreover, conductive AFM and Scanning ElectroChemical Microscopy measurements demonstrate that even if the conductivity of the supracrystals is weak, electron transfers between thin supracrystals and a redox probe in solution are nevertheless possible. Finally, holographic microscopy experiments allowed to follow the formation of these structures inside the solution.