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Soutenance de thèse

Développement de la RMN hyperpolarisée par DNP pour la détermination structurale de nanoparticules de ZnO stabilisées par des ligands

Jeudi 22 juillet 2021 à 14:00, visioconférence 

Publié le 22 juillet 2021
Saumya BADONI
Modélisation et Exploration des Matériaux 
L'interface nanoparticule-ligand joue un rôle clé dans les propriétés physico-chimiques uniques des nanoparticules (NPs). Ainsi, une compréhension approfondie des propriétés de surface telles que les interactions des ligands avec la surface des NPs, la dynamique des ligands de surface, la densité des ligands présents à la surface, et leur mode de liaison et affinité est nécessaire pour optimiser les matériaux pour les applications souhaitées. Dans ce travail, nous présentons de nouveaux développements en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire à l'état solide (RMN solide) hyperpolarisée par polarisation nucléaire dynamique (DNP) pour la caractérisation des enveloppes de ligands sur les NPs d'oxyde de zinc (ZnO). La capacité de la RMN-DNP solide à caractériser l'enveloppe des ligands des NPs à l’échelle atomique a été illustrée au travers de trois questions clés permettant d’améliorer notre compréhension de ces systèmes. Nous avons tout d’abord comparer l'arrangement et la stabilité de l'enveloppe de ligand pour deux approches synthétiques, puis questionner le rôle du ligand dans la croissance et la stabilisation des nanoplaquettes de ZnO hexagonaux, pour enfin étudier la morphologie de l'enveloppe de ligand dans le cas d’une enveloppe à ligand mixte. Tout d'abord, la RMN-DNP solide a été utilisée pour étudier la liaison et l'arrangement du ligand de surface sur les NPs de ZnO préparées par une approche sol-gel et organométallique. Il a été montré que l'enveloppe de ligands sur les NPs préparées par l'approche “one-pot self-supporting organometallic” (OSSOM) était plus stable et uniforme comparée à celle produite par la méthodologie sol-gel, qui montre un processus de restructuration de la surface dépendant du temps avec un détachement de la majorité des ligands de la surface. En outre, l'étude a révélé des modes de coordination m2 et m3 stables des ligands qui s'associent sur des surfaces polaires. Afin d'approfondir notre compréhension des interfaces de ZnO, des nanoplaquettes de ZnO de taille contrôlée (NPL) produites par OSSOM-II, une version modifiée de l'approche OSSOM, ont été étudiées. La structure cristalline et la morphologie des NPL ont été analysées par diffraction des rayons X sur poudre (PXRD) et par microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM). Ce système à multiples facettes a aussi été étudié en détail par RMN-DNP pour comprendre le rôle des ligands benzamidine dans sa croissance et sa stabilisation. Les modes de liaison et les arrangements à l'échelle atomique des ligands sur les surfaces de ZnO ont notamment été résolues par des expériences de RMN-DNP multidimensionnelles et le recours à des calculs DFT. Une liaison bimodale de la benzamidine a ainsi été mise en évidence en fonction de la polarité des facettes. Enfin, la RMN-DNP solide a été utilisée pour étudier les NPs recouvertes de ligands mixtes. Les enveloppes de ligands mixtes sur les NPs sont connues pour améliorer les propriétés des NPs telles que la solvabilité, la catalyse et la capacité de capture des cations. Plusieurs rapports récents ont présenté des méthodes de caractérisation des morphologies d'enveloppe de ligands mixtes, à savoir Janus, aléatoire et en forme de bande, mais il n'existe toujours pas de méthode généralement applicable. Dans ce travail, nous présentons une approche nouvelle permettant une analyse quantitative de la proximité des hétéro-ligands en surface des NPs de ZnO. Dans ce travail, les améliorations apportées par la DNP ont rendu possible la mesure de spectres RMN pour des noyaux à faible NA et à faible rapport gyromagnétique, ainsi que des mesures de distance inter-ligands à longue portée à la surface des NPs de ZnO. Ces informations ont permis d'obtenir des images détaillées de la structure des ligands sur les surfaces des NPs de ZnO. Les méthodes présentées dans ce travail pour la caractérisation des ligands de surface peuvent être étendues à d'autres matériaux hybrides.



Pour suivre la soutenance en visioconférence : https://univ-grenoble-alpes-fr.zoom.us/j/99057473751?pwd=M2ZQeE9TM3pDS3NPL0FxM011MkwvUT09

Meeting ID: 990 5747 3751
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