Février, 2022

07feb14 h 00 min17 h 00 minSoutenance de thèse Nouha El Amri

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Détails

Lundi 7 février à 14h à l’amphithéâtre 300 de l’INPT.

La thèse s’intitule :  » Continuous flow synthesis of anisotropic silver nanoparticles: A multi-step & time-resolved strategy to control reaction pathways and probe mechanisms ex situ.”
Le jury sera composé de :
Mme Mona TREGUER-DELAPIERRE, Université de Bordeaux, Rapporteure
Mme Fabienne TESTARD, CEA, Rapporteure
M. Cyrille HAMON, CNRS, Examinateur
M. Jean-Daniel MARTY, Université de Toulouse, Examinateur
M. Guillaume VIAU, INSA Toulouse, Examinateur
Mme Nathalie PINKERTON, New York University, Examinatrice
M. Kevin ROGER, CNRS, Directeur de thèse


Résumé de la thèse en français :
Maîtriser la synthèse de nanoparticules par réduction chimique nécessite un contrôle multiéchelle des voies de formation, notamment lorsqu’on vise des structures complexes telles que les structures anisotropes. Or, les synthèses sont principalement réalisées dans des réacteurs semi-fermés. Les protocoles batch qui en résultent sont simples à mettre en œuvre mais manquent de contrôle sur les paramètres expérimentaux, ce qui compromet la reproductibilité. Par exemple, les modifications de la structure sont généralement obtenues en faisant varier la composition sur des échelles de temps supérieur à la seconde. Cependant, cela exclut tout contrôle des étapes de réaction les plus rapides. Par exemple, la nucléation implique typiquement des échelles de temps de l’ordre de la milliseconde alors que l’agrégation se déroule généralement dans la seconde. Cette thèse décrit une stratégie originale pour faire varier la composition dans des intervalles de temps inférieurs à la seconde, tout en offrant un débit élevé grâce à un flux continu à des nombres de Reynolds élevés. Cette stratégie repose sur un dispositif expérimental millifluidique constitué de mélangeurs rapides séquentiels, qui permet l’injection de réactifs dans la gamme de temps 1 ms-1s. Nous avons mis en œuvre cette stratégie sur une synthèse à deux réducteurs de nanoparticules d’argent anisotropes. Nous avons montré que la taille et la forme pouvaient être drastiquement modifiées en changeant simplement la séquence et le temps d’addition des réactifs, tout en assurant une composition constante après 1s. Nous avons également utilisé cette stratégie pour comprendre le mécanisme de formation des nanoplaquettes d’argent par une identification ex situ du rôle de chaque réactif. Nous avons notamment montré que l’anisotropie émergeait dès le début de la nucléation et n’était pas dirigée par la présence de polymère stabilisant. Nous avons plutôt mis en évidence que les impuretés dans les stabilisants commerciaux peuvent également conduire à l’anisotropie et devaient être contrôlées afin d’éviter les artefacts et les mauvaises interprétations. De plus, nous avons développé une solution de stabilisation pour empêcher la réorganisation des particules anisotropes et arrêter la réaction, ce qui offre un moyen puissant de sonder, ex situ, les chemins cinétiques

Abstract in english :
Mastering the synthesis of nanoparticles through chemical reduction requires a multi-scale control of formation pathways, notably when targeting complex structures such as anisotropic ones. Yet, syntheses are mainly performed in semi-closed reactors. The resulting batch protocols are simple to implement but drastically lack control over experimental parameters, which compromises reproducibility. For instance, structural tuning is typically achieved by varying the composition over time scales larger than the second. However, this precludes any adequate control of the fastest reaction steps. For instance, nucleation typically involves millisecond time scales while aggregation usually proceeds within a second. This thesis describes an original strategy to tune composition within time ranges as small as the millisecond, while offering a high throughput thanks to continuous flow at high Reynolds numbers. This strategy rests on a millifluidic experimental setup consisting of sequential rapid mixers, which allows reagents injection in the 1 ms-1s time range. We implemented this strategy on a two-reductant synthesis of anisotropic silver nanoparticles. We showed that both size and shape could be drastically modified by simply changing the reagent addition sequence and timing, while ensuring a constant composition after 1s. We also used this strategy to understand the formation mechanism of silver nanoplates by an ex situ identification of the role of each reagent. We notably showed that anisotropy emerged from the onset of nucleation and was not directed by the polymeric stabilizer. Rather, we highlighted that impurities in commercial stabilizers can also lead to anisotropy and needed to be controlled in order to avoid artefacts and misinterpretations. Additionally, we designed a stabilizing mixture to prevent reorganization of anisotropic particles and arrest reaction, which offers a powerful way to probe ex situ kinetic pathways.

Date et heure

(Monday) 14 h 00 min - 17 h 00 min

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