Nanoparticules d'or par ablation laser : Mémoire de Master

Université de Mons
Faculté des sciences
Chimie des Interactions Plasma-Surfaces (ChIPS)
Génération de nanoparticules d’or
par ablation laser excimère en milieu
liquide
Jonathan Dervaux
obtention du grade académique de master en
sciences chimiques
Promoteur de mémoire :
Professeur R. Snyders
Co-promoteur de mémoire :
Docteur O. Van Overschelde
Année académique 2011 - 2012

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Remerciement
 ce travail.
Je remercie chaleureusement le Docteur Olivier Van Overschelde 
travailler 
pas à partager ses connaissances et son savoir-faire en divers domaines. Je le remercie pour sa
disponibilité et sa bonne humeur constante.
qui créent, au quotidien, une bonne ambiance au sein du service. Je remercie tout particulièrement
spectrophotomètre, Aurore et Jonathan pour les innombrables transferts imprimantes, ainsi que
Ma 
          la possibilité, lors du
-
          s mesures de
spectroscopie infrarouge.
Je remerc un temps certain à la relecture du texte.
Finalement, je tiens à remercier ma f durant
mes études. Mercie à ma chérie, Sylvie Montante, qui a été présente dans les bons comme dans les
mauvais moments. Enfin, merci à mes amis sur lesquels je peux compter depuis toujours !

3
Résumé et mots-clés
oignée de celle généralement utilisée, ~520
Dans une première partie visant à mettre en évidence les mécanismes impliqués lors du
       puissance laser utilisée devait être gérée de
manière précise. En effet, pour des puissances trop élevées, le rendement du procédé est fortement
affecté par écrantage du rayonnement laser provoqué par la bulle de cavitation apparaissant lors de
-liquide.
 pour objectif de
montré que quel que soit le stabilisant utilisé, celui-ci (i) permettait la génération de particules de
très petites tailles (2-3 nm) possédant une distribution plus fine et (ii) provoquait, pour des
-liquide.
r  Laser  Ablation  Agent stabilisant  Milieu liquide

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Table des matières
INTRODUCTION .................................................................................................................... 6
CHAPITRE 1 : CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES ET THÉORIQUES .......10
1. Généralités sur les nanoparticules ...................................................................................... 10
1.1. Du solide à l’atome ................................................................................................................. 10
1.1.1. Effets de surface .............................................................................................................. 10
1.1.2. Confinement électronique ............................................................................................. 12
1.1.3. Résonance plasmon de surface ................................................................................... 13
1.2. Les nanoparticules d’or dans notre monde ...................................................................... 17
1.2.1. Application biologique .................................................................................................... 17
1.2.2. Application physique....................................................................................................... 18
1.2.3. Application chimique ...................................................................................................... 19
1.3. Méthode de production conventionnelles ......................................................................... 20
1.3.1. Synthèse par réduction chimique ............................................................................... 21
1.3.2. Synthèse sonochimique ................................................................................................. 21
1.3.3. Synthèse électrochimique ............................................................................................. 22
1.3.4. Synthèse photochimique ............................................................................................... 23
2. Génération de nanoparticules par laser ........................................................................... 24
2.1. Synthèse photophysique ....................................................................................................... 24
2.2. Principes généraux de l’ablation laser ............................................................................... 25
2.3. Formation et croissance des nanoparticules en milieu liquide ................................... 27
2.4. Effet des agents stabilisants ................................................................................................. 28
2.5. Photofragmentation ................................................................................................................ 30
3. Motivation, objectif et stratégie expérimentale ........................................................... 31
CHAPITRE 2 : DÉTAILS EXPÉRIMENTAUX .........................................................34
1. Dispositif laser............................................................................................................................... 34
1.1. Introduction ............................................................................................................................... 34
1.2. Le laser à excimère ................................................................................................................. 35
1.2.1. Généralités ........................................................................................................................ 35
1.2.2. Le milieu actif ................................................................................................................... 35
1.2.3. Description du laser utilisé ........................................................................................... 37
2. Protocole expérimental ............................................................................................................. 40
3. Caractérisation des nanoparticules .................................................................................... 41
3.1. Spectroscopie UV-visible ....................................................................................................... 41
3.2. Microscopie électronique en transmission ........................................................................ 42

5
CHAPITRE 3 : RÉSULTATS ET DISCUSSION .....................................................45
1. Interprétation des spectres d’absorption ........................................................................ 45
2. Etude des mécanismes d’ablation dans les liquides ................................................... 46
2.1. Ablation laser dans l’éthanol ................................................................................................ 46
2.1.1. Evolution de l’absorption avec F fixé et N variable ............................................... 46
2.1.2. Evolution de l’absorption avec N fixé et F variable ............................................... 48
2.1.3. Mécanismes à l’origine de l’effet négatif .................................................................. 49
2.2. Ablation laser dans l’eau ....................................................................................................... 53
2.2.1. Introduction ...................................................................................................................... 53
2.2.2. Evolution de l’absorption avec F fixé et N variable ............................................... 54
2.2.3. Evolution de l’absorption avec N fixé et F variable ............................................... 55
2.2.4. Comparaison de l’effet négatif .................................................................................... 55
2.3. Morphologie des nanoparticules .......................................................................................... 56
2.4. Conclusion .................................................................................................................................. 58
3. Effet des stabilisants .................................................................................................................. 59
3.1. Introduction ............................................................................................................................... 59
3.2. Ligands........................................................................................................................................ 61
3.2.1. 1-octanethiol ..................................................................................................................... 61
3.2.2. Acide 3-mercaptopropionique ...................................................................................... 67
3.3. Surfactants ................................................................................................................................ 73
3.3.1. CTAB (bromure d'hexadécyltriméthylammonium) ................................................ 73
3.3.2. SDS (dodécylsulfate de sodium)................................................................................. 75
3.4. Conclusion .................................................................................................................................. 77
CHAPITRE 4 : CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES ..................78
ANNEXES ..................................................................................................................................81
Annexe 1 ................................................................................................................................................... 81
Annexe 2 ................................................................................................................................................... 82
Annexe 3 ................................................................................................................................................... 84
Annexe 4 ................................................................................................................................................... 85
Annexe 5 ................................................................................................................................................... 86
BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................88