Dissertations / Theses: 'Metallic nanoparticules'

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Brandstetter-Kunc, Adam. "Decay of plasmonic excitations in one dimensional assemblies of metallic nanoparticules." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAE042/document.

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Abstract:

Nous avons étudié la dynamique des électrons dans des réseaux de nanoparticules métalliques. Nous avons d'abord considéré le réseau le plus simple, c'est-à-dire le dimère de nanoparticules. Nous avons trouvé des fréquences propres du dimère hétérogène et ensuite nous avons appliqué l'approche du système quantique ouvert pour décrire les processus d’amortissement présents dans le système. Nous avons étudié deux processus d’amortissement qui dépendent de la taille des nanoparticules constituant le dimère: l'amortissement de Landau avec une proportionnalité inverse à la taille du système, et l’amortissement radiatif, proportionnel au volume du système. En utilisant les résultats de l'étude des dimères, nous avons étendu notre approche du système quantique ouvert pour étudier des chaînes de nanoparticules unidimensionnelles. Nous avons dérivé une équation maîtresse qui a été utilisée pour étudier la propagation des plasmons le long de la chaîne. Nous avons constaté que la propagation du plasmon est limitée que par les sources non radiatives d'amortissement. Enfin, nous avons dérivé l'expression analytique de la longueur de propagation d'un plasmon dans une chaîne de nanoparticules
We studied the electron dynamics in metallic nanoparticle arrays. We first considered the simplestarray i.e. a nanoparticle dimer. We found the eigenfrequencies of the heterogeneous dimer andthen we applied the open quantum system approach to describe the decay processes present inthe system. We investigated two decay processes which depend on the size of the nanoparticlesbuilding up the dimer : the Landau damping, inversly proportional to the system-size, and radiationdamping, proportional to the volume of the system. Using the results of the dimer study weextended our open quantum system approach to study one-dimensional nanoparticle chains. Wederived a master equation and used it to investigate the propagation of plasmons along the chain.We found that the propagation of the plasmon is limited by the non-radiative sources of damping.Finally we derived an analytical expression for the propagation length of a plasmon in ananoparticle chain

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Helgadottir, Inga. "Synthèse Contrôlée de Nanoparticules de Métaux Oxophiles en Milieu Liquide lonique pour Applications en Microélectronique." Thesis, Lyon 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LYO10286.

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Abstract:

Les nanoparticules et nano alliages métalliques (dont la taille est inferieure à 10 nm) revêtent un grand intérêt dans de nombreuses applications, pour lesquelles un contrôle précis de la taille, de la composition et de la morphologie de ces objets sont requis. En effet, la diversité des compositions et des structures (taille, morphologie et arrangement atomique) offre une gamme presque illimitée de possibilités. Ce travail de thèse étend une approche développée au Laboratoire, qui consiste à former des nanoparticules métalliques de taille contrôlée (inférieure à 5 nm) par décomposition de précurseurs organométalliques dans des liquides ioniques. Une première avancée a consisté à utiliser cette voie de synthèse pour former des nanoparticules de métaux oxophiles, plus difficiles à obtenir, telles que des nanoparticules de tantale. Par ailleurs, il avait été démontré que le mélange de deux précurseurs organométalliques conduit à la formation de nanoparticules bimétalliques dont la taille, la structure et la composition sont bien définies, comme c'est le cas pour Ru@Cu. Dans cette thèse, le mécanisme de formation de ces nano alliages a été étudié et identifié. L'élucidation de ce mécanisme ouvre ainsi une voie vers la synthèse à façon pour des applications spécifiques de nano alliages tels que RuNi, RuTa, CuNi, etc
Small size (below 10 nm) metallic nanoparticles and metallic nanoalloys have attracted much interest in a range of applications, which require precise control of size, composition, and morphology, in chemically significant quantities. Hence, the variety of compositions and structures (size, morphology, atomic arrangement) bring a vast range of possibilities. This PhD was aimed at expanding the knowledge already obtained in this laboratory on monometallic nanoparticles. Indeed, it has been demonstrated that the decomposition of organometallic precursors in selected ionic liquids can lead to the formation of stable suspensions of metallic nanoparticles below 5 nm. In this context, a first achievement in this work has been to push this route towards more oxophilic, less approachable metals, such as tantalum. Besides, this route has been shown to generate bimetallic nanoparticles upon decomposition of mixtures of precursors, with size, structure and composition controlled, such as Ru@Cu. This PhD work has dentified the mechanism of formation of these nanoalloys, developing a versatile route that could be used to design nanoalloys to fulfill specific applications, e.g., RuNi, RuTa, CuNi, etc

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Weick, Guillaume. "Quantum dissipation and decoherence of collective excitations in metallic nanoparticles." [S.l.] : [s.n.], 2006. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=981745679.

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Ayvali, Tugçe. "Rhenium based mono- and bi-metallic nanoparticles : synthesis, characterization and application in catalysis." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30269/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, la synthèse, la caractérisation et les applications catalytiques préliminaires des nanoparticules mono- et bi-métalliques à base de rhénium sont présentées. Le Rhénium a été choisi compte tenu de la connaissance de sa contribution positive en termes d'activité catalytique et la sélectivité lors de l'hydrogénation des groupes fonctionnels difficiles. Les nanoparticules mono-métalliques de rhénium ont été préparées par décomposition du précurseur [Re2(C3H5)4]. Les nanoparticules bimétalliques ont été synthétisés par les co-décompositions ou deux étapes décomposition de deux complexes différents de rhénium, à savoir [Re2(CO)10] et [Re2(C3H5)4] avec d'autres complexes organométalliques tels que [Ru(COD)(COT)], [Ru(Me-allyl)2(COD)], [Pt(CH3)2(COD)] et [Pt(C7H10)3]. En choisissant la nature des complexes organométalliques et les conditions de réaction, des nanoparticules bi-métalliques à base de rhénium présentant des morphologies différentes peuvent être préparées quantitativement. La synthèse a été effectuée en solution sous pression de dihydrogène (3 bars) et en présence soit d'une polymère (polyvinylpyrrolidone), ou un ligand faiblement coordinant (hexadécylamine) comme des agents stabilisant. La caractérisation précise des nanoparticules ainsi obtenues a été réalisée en utilisant une combinaison de l'état de l'art des techniques de (WAXS, EXAFS, MET, HR-MET, METS-EDX, METS-HAADF, AE). Les études de réactivité de surface (réactions hydrogénation de norbornène, oxydation et adsorption CO) ont également été réalisées et suivies par des techniques spectroscopiques (RMN, FT-IR) pour déterminer leur état de surface et appréhender leur intérêt pour la catalyse. Par ce moyen, des informations utiles ont été obtenues sur leur chimie de surface, comme suit: 1) hydrures sont présents sur la surface métallique et sont très fortement coordonnés à la surface de rhénium en accord avec la chimie moléculaire de rhénium; 2) CO peut remplacer les hydrures et est également fortement coordonné à la surface, mais peut être substitué, oxydée ou dissocié. Ces réactions sont plus faciles sur des nanoparticules bi-métalliques à base de Re de type alliage. 3) Les NPs de rhénium pur et les alliages bimétalliques nanoparticules de ruthénium et rhénium affiche un état de base zéro et une coquille d'oxyde alors que les nanoparticules bimétalliques de type cœur-coquille ont une structure amorphe. L'originalité de ce travail réside sur le développement d'une approche systématique pour la préparation de nanoparticules à base de rhénium pour la première fois dans l'équipe et dans la littérature, en appliquant l'approche organométallique largement connu dans le groupe pour d'autres systèmes métalliques. Cette méthode est bien connu comme un moyen efficace d'obtenir des nanostructures bien contrôlées avec des surfaces propres ce qui est important principalement en catalyse
In this PhD thesis, the synthesis, characterization and preliminary catalytic application of rhenium based mono- and bi-metallic nanoparticles are reported. Rhenium has been chosen as a primary metal given the knowledge of its positive contribution in terms of catalytic activity and selectivity in the hydrogenation of difficult functional groups. Mono-metallic rhenium nanoparticles were prepared by decomposition of [Re2(C3H5)4]. Rhenium-based bimetallic nanoparticles were synthesized by co-decompositions or two-step decomposition of two different rhenium complexes, namely [Re2(CO)10] and [Re2(C3H5)4], with other organometallic complexes such as [Ru(COD)(COT)], [Ru(Me-Allyl)2(COD)], [Pt(CH3)2(COD)] and [Pt(C7H10)3]. By tuning the nature of organometallic complexes and the reaction conditions, rhenium-based bimetallic nanoparticles displaying different morphologies could be quantitatively prepared. The synthesis was carried out in solution under mild pressure of dihydrogen (3 bar) and in the presence of either a polymer (polyvinylpyrolidone) or a weakly coordinating ligand (hexadecylamine) as stabilizing agents. The precise characterization of the so-obtained nanoparticles was performed by using a combination of state-of-the art techniques (WAXS, EXAFS, TEM, HRTEM, STEM-EDX, STEM-HAADF, EA). Surface reactivity studies (norbornene hydrogenation, oxidation and CO adsorption reactions) were also carried out and followed by spectroscopic techniques (NMR, FT-IR) to determine their surface state and apprehend better their interest in catalysis. By this way, useful information could be obtained on their surface chemistry, as following: 1) Hydrides are present on the metallic surface and are very strongly coordinated to rhenium in agreement with rhenium molecular chemistry; 2) CO can substitute hydrides and is also strongly coordinated to the surface of Re but can react further to be substituted, oxidized or dissociated, where the latter is easier on alloy type Re-based bimetallic nanoparticles. 3) Oxidation of pure rhenium and alloy bimetallic ruthenium-rhenium nanoparticles display a zero state core and an oxide shell while core-shell type bimetallic nanoparticles result in amorphous structure. The originality of this work lies on the development of a systematic approach for the preparation of rhenium-based nanoparticles for the first time in the team and in the literature, by applying the organometallic approach largely experienced in the group for other metal systems. This method is well-known as an efficient way to obtain well-controlled nanostructures with clean surfaces, important mainly in catalysis

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Pfeifer, Viktor. "Tritium and Deuterium Labelling of Bioactive Molecules Catalyzed by Metallic Nanoparticles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS275/document.

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Abstract:

Cette thèse vise à développer de nouvelles méthodes efficaces pour incorporer des isotopes de l’hydrogène dans les molécules organiques complexes, après une introduction portant sur les applications et la synthèse des molécules marquées par le deutérium et tritium. Les méthodes permettant le marquage, par échange isotopique direct, d’hétérocycles azotés par des isotopes de l’hydrogène restent perfectibles, voire inexistantes dans certains cas, malgré la récurrence de ce type de sous-structures dans les molécules d’intérêt pharmacologique. Pour cette raison, la majeure partie de ce travail a consisté au développement de nouvelles méthodes d’incorporation d’atomes de deutérium et de tritium sur des hétérocycles azotés catalysées par des nanoparticules métalliques. Dans un premier chapitre, la mise au point, le champ d’application d’une méthode de marquage mettant en jeu l’utilisation de nanocatalyseurs de ruthénium seront discutés. Dans ce cadre, des calculs théoriques ont permis de rationaliser les regiosélectivités obtenues expérimentalement et d’identifier notamment des intermédiaires clefs inédits. D’un point de vue applicatif, cette méthode a permis de synthétiser des étalons internes deutérés pour la quantification LC-MS mais aussi des molécules complexes tritiées ayant des activités spécifiques élevées en une étape de synthèse. Dans un autre chapitre, la synthèse et la réactivité de nouveaux nanocatalyseurs de nickel permettant de réaliser des échanges isotopiques sélectifs seront discutés
This PhD thesis deals with the development of new efficient methods for the incorporation of hydrogen isotopes into organic molecules, which represents a serious issue especially for drug discovery and drug development processes. After giving an introduction about hydrogen isotopes and their applications in organic molecules, the course will proceed to an overview of different chemical transformations for establishing deuterium or tritium labels on molecular frameworks. The possibilities to label N-heterocycles by hydrogen isotopes through hydrogen isotope exchange (HIE) are still very restricted and even impossible for some representatives despite the strong recurrence of these substructures in numerous biologically active molecules. For this reason, the emphasis of the practical part will lie on the development of new methods for the incorporation of deuterium and tritium on N-heterocycles through metal nanoparticle catalysis. In the first chapter, HIE through ruthenium nanocatalysts will be optimized and the application range will be demonstrated. In this context, DFT-based calculations allowed to explain experimental regioselectivities and to identify new keyintermediates. In terms of application, it was shown that the ruthenium-catalyzed method is useful for the synthesis of deuterium labelled internal standards for LC-MS quantifications and for the tritiation of complex molecules displaying satisfying specific activities. In the next chapter, the synthesis of new nickel nanoparticles and their potential to catalyze selective HIE on N-heterocyclic derivatives will be discussed

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Asila, Victoire. "Syntheses of N-Heterocyclic carbenes-stabilized metallic nanoclusters and nanoparticles." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2022SORUS087.pdf.

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Abstract:

Dans ce travail nous avons développé une nouvelle synthèse de nanoclusters d’or (AuNCs) stabilisés par des phosphines et des carbènes N-Hétérocycliques (NHCs) grâce à la réduction d’AuClPPh3 par NaBH4 en présence de sels d'imidazolium comme précurseurs de NHC. La plupart des nanoclusters synthétisés sont stabilisés par des PPh3. Cependant, il a été mis en évidence qu'un nanocluster Au11(PPh3)7(NHC)Br2+ très stable est synthétisé. Le suivi du vieillissement des échantillons par spectrométrie de masse par ionisation électrospray (ESI-MS), a montré l'évolution de la composition des suspensions au cours du temps. Ensuite, la deuxième synthèse a été réalisée par réduction de HAuCl4.3H2O par NaBH4 en présence de sels d'imidazolium et de NaH comme base. Des nanoclusters d'or stabilisés par des NHCs ont été obtenus avec différentes nucléarités d'or. Un fort effet du ligand NHC sur la nature des nanoclusters obtenus a été mis en évidence. La synthèse avec le sel d'imidazolium 1,3-didodécylimidazoliumbromide (C12-Br) a permis la formation de nanoclusters [Au13(C12)9Br3]2+ très stables. Enfin, la synthèse de nanoparticules d’Ag2S stabilisées par des NHC solubles dans l'eau a été rapportée. Le complexe argent-NHC a été synthétisé puis mis en présence d'une source de S2-. La synthèse par chauffage micro-ondes a donné des résultats prometteurs puisque des nanoparticules d'Ag2S émettant dans la deuxième fenêtre de l'infrarouge a été démontrée. En effet, il s'agit de la fenêtre de transparence des tissus biologiques qui présente un intérêt pour les applications biologiques
In this work we developed a new synthesis of phosphine and N-heterocyclic carbenes (NHCs)-stabilized gold nanoclusters (AuNCs) through the reduction of AuClPPh3 by NaBH4 in the presence of imidazolium salts as NHC precursors. The samples were characterized by various techniques, especially electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS). Most of the nanoclusters which were obtained are stabilized by PPh3. However, a very stable Au11(PPh3)7(NHC)Br2+ nanocluster was synthesized. The follow-up of the aging of the samples by ESI-MS showed the evolution of the composition of the suspensions over time. Less stable nanocluster structures did not remain in suspension with aging. Then, a second synthesis was performed by reduction of HAuCl4.3H2O by NaBH4 in the presence of imidazolium salts as NHC precursors and NaH as base. Gold nanoclusters stabilized by NHCs were obtained with different gold nuclearities. A strong effect of the NHC ligand on the nature of the obtained nanoclusters was revealed. Synthesis with the imidazolium salt 1,3-didodecylimidazoliumbromide (C12-Br) allowed the formation of very stable [Au13(C12)9Br3]2+ nanocluster. Finally, the synthesis of Ag2S nanoparticles stabilized by water-soluble NHCs has been reported. A silver-NHC complex was synthesized and then placed in the presence of an S2- source. The synthesis by microwave heating gave promising results since Ag2S nanoparticles emitting in the second infrared window was demonstrated. Indeed, this is the window of transparency of biological tissues which is of interest for biological applications

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Manai, Ghada. "Auto-assemblage des nanoparticules métalliques orienté par des polymères peptidiques." Thesis, Toulouse, INSA, 2020. http://www.theses.fr/2020ISAT0007.

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Abstract:

Les nanomatériaux hybrides organique-inorganique (nanocomposites) connaissent un intérêt croissant notamment grâce au développement de nouvelles méthodes permettant leur synthèse. Afin de moduler leurs propriétés, il est important de contrôler la nature chimique des constituants ainsi que leurs interactions. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons mis en évidence une nouvelle approche de croissance et de structuration de nanoparticules métalliques (Pt, Ir, Au, etc.) en utilisant des polymères peptidiques comme ligands macromoléculaires. A l'instar des protéines, ces derniers sont constitués d'acides aminés et adoptent certaines structurations biomimétiques (hélice α ou feuillet β), un élément peu étudié pour promouvoir des nanocomposites.Ce travail commence par un travail de synthèse consistant à préparer une librairie de polymères peptidiques incorporant des points d'ancrage chimiques pour moduler leur association à des particules métalliques. Nous avons pour cela développé des réactions de greffage sur du poly(γ-benzyl-L-glutamate) (PBLG) avec différentes amines fonctionnalisées pour promouvoir une chimie de coordination spécifique avec les métaux de transitions.La deuxième partie de ce manuscrit décrit ensuite l'utilisation de ces polymères peptidiques comme matrice permettant la croissance contrôlée de nanoparticules métalliques (synthèse in situ). Nous avons ainsi mis en évidence que les polypeptides donnent accès à des nanoparticules hyperbranchées, résultant de la coalescence de nanocristaux ultra-petits, dont la morphologie peut être contrôlée en jouant sur les propriétés du polymère (degré de polymérisation, stœchiométrie des chaines latérales).Dans une dernière partie, les polymères peptidiques ont finalement été utilisés pour guider l'autoassemblage de nanoparticules métalliques préformées. Nous avons ainsi obtenu des structures lamellaires bidimensionnelles, dont la stabilité est assurée par des liaisons de coordination spécifiques entre les groupements fonctionnels du polymère et la surface des nanoparticules. En modulant la taille des polymères, il a été possible de contrôler l’espace entre les lamelles, une modification structurale clé qui permet de modifier les propriétés électriques des nanocomposites
Hybrid organic-inorganic nanomaterials (nanocomposites) are of growing interest due to the development of new synthesis. In order to modulate their properties, it is important to control the nature of the constituents and their interactions. Within the framework of this PhD thesis, we developed a new approach to prepare nanocomposites from metallic nanoparticles (Pt, Ir, Au, etc.) using peptidic polymers (polypeptides). Polypeptides are made up of amino acids and adopt biomimetic structures (α-helix or β-sheets) as do proteins. As macromolecular ligands, they have been understudied in nanocomposite design.This research work first describes how we have prepared a library of polypeptides incorporating tailored side chain moieties modulating the binding with metallic nanoparticles. Indeed, we have fully developed an efficient 2 steps grafting process to introduce onto poly(γ-benzyl-L-glutamate) (PBLG) backbones amines promoting specific coordination binding with transition metals.The second part of the PhD manuscript describes how these polypeptides can be used to promote the in-situ synthesis of metallic nanoparticles. A comprehensive study of this approach have shown that polypeptides give access to hyperbranched nanoparticles, resulting from the coalescence of ultra-small nanocrystals, whose morphology can be controlled by modulating the properties of the polymer (polymerization degree, side chain stoechiometry).Finaly, a third part of the PhD presents how peptidic polymers can direct the self-assembly of preformed metallic nanoparticles. Using specific formulations, we obtained two-dimensional lamellar structures, whose stability is ensured by specific coordination bonding between the functional groups of the polymer and the surface of the nanoparticles. By varying the molar mass of the polymers, it was possible to control the space between the lamellae, a key structural feature that allows the electrical properties of the nanocomposites to be changed

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Ibrahim, Mahmoud. "Rhodium based mono-and bi-metallic nanoparticles : synthesis, characterization and application in catalysis." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30063/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, la synthèse, la caractérisation et les applications en catalyse de nanoparticules mono- et bimétalliques à base de rhodium sont décrites. Le rhodium a été choisi comme métal central de cette étude en raison de son intérêt reconnu en catalyse, principalement pour les réactions d'hydrogénation et d'hydroformylation. La synthèse de nanoparticules de rhodium monométalliques constitue le coeur de ce travail. Elle a été réalisée par décomposition du complexe organométallique [Rh(C3H5)3] en solution, sous pression de dihydrogène et en présence de différents stabilisants tels que des ligands et des polymères pour contrôler la croissance des particules. Certaines nanoparticules ont été déposées sur la surface d'une silice magnétique fonctionnalisée par des groupements amines utilisée comme support, dans un objectif de récupération plus aisée pour le recyclage des catalyseurs. Diverses nanoparticules bimétalliques ont également été préparées par co-décomposition du complexe [Rh(C3H5)3] avec d'autres précurseurs organométalliques, incluant [Ni(cod)2], [Ru(cod)(cot)], [Pt(nor)3] et [Pd(dba)2]2. En modulant les ratios de métaux entre [Rh] et le second métal [M], ainsi que la nature et la quantité de stabilisant utilisé pour la synthèse, des nanoparticules de tailles et de compositions chimiques différentes ont pu être obtenues. La caractérisation des nanoparticules ainsi préparées a été menée en utilisant une combinaison de techniques de l'état de l'art (TEM, HRTEM, STEM-EDX, ICP, WAXS, EXAFS, XANES, XPS, RMN ...). Pour certaines nanoparticules de rhodium, des études de surface ont été réalisées, par adsorption du CO sur la surface des particules et un suivi par des techniques spectroscopiques (FT-IR, RMN) pour sonder leur état de surface. Un autre aspect de ce travail a concerné l'évaluation des nanoparticules synthétisées dans des réactions catalytiques, en particulier réactions d'hydrogénation avec des particules monométalliques de Rh et réaction d'hydrogénolyse avec des nanoparticules bimétalliques RhNiOx. Dans le cas de la catalyse d'hydrogénation, des études en conditions colloïdales et supportées ont été réalisées. L'originalité de ce travail réside dans le développement d'outils de synthèse simples inspirés de la chimie organométallique pour obtenir des nanoparticules à base de rhodium bien contrôlées en termes de taille, distribution en taille, composition et état de surface, tous ces paramètres étant importants quelle que soit l'application visée. L'intérêt des nanoparticules obtenues en catalyse a également été mis en évidence dans différentes réactions. Ce travail de thèse offre de nouvelles opportunités de recherche, tant en nanochimie qu'en catalyse
In this thesis, synthesis, characterization and catalytic applications of mono- and bi-metallic rhodium-based nanoparticles are reported. Rhodium has been chosen as a primary metal given its high interest in catalysis, mainly in hydrogenation and hydroformylation reactions. The synthesis of mono-metallic rhodium nanoparticles (NPs) is the core of this work. It was performed by decomposition of the organometallic complex [Rh(C3H5)3] in solution under dihydrogen pressure and in the presence of different stabilizers including ligands and polymers to control the growth of the particles. Selected nanoparticles were deposited on the surface of amino-functionalized magnetic silica as a support for recovery and recycling concerns in catalysis. Diverse bi-metallic nanoparticles have been also prepared in one-pot conditions by co-decomposition of the [Rh(C3H5)3] with other organometallic precursors including [Ni(cod)2], [Ru(cod)(cot)], [Pt(nor)3] and [Pd(dba)2]2. Tuning of the metal ratios between [Rh] and the second metal [M], or of the nature and the amount of the stabilizer used for the synthesis allowed to obtain nanoparticles of different sizes and chemical compositions. The characterization of the obtained nanoparticles was performed by using a combination of state-of-art techniques (TEM, HRTEM, STEM-EDX, ICP, WAXS, EXAFS, Xanes, XPS, NMR...). Surface studies were carried out in some cases, by adsorbing CO on the surface of the particles which was followed by spectroscopic techniques (FT-IR, NMR) to probe their surface state. Some of these nanoparticles were investigated in catalytic reactions, mainly hydrogenation with Rh NPs and hydrogenolysis for RhNiOx NPs. Both colloidal and supported catalytic studies were carried out in the case of hydrogenation catalysis. The originality of this work lies in the development of simple synthesis tools inspired from organometallic chemistry to get well-controlled rhodium-based nanoparticles in terms of size, size distribution, composition and surface state, all these parameters being important whatever the target application. The interest of the obtained nanoparticles in catalysis has been also evidenced in different reactions. This PhD work may open new opportunities of research both in nanochemistry and catalysis

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Wang, Huan. "Modeling of the plasmon resonance of metallic nanopaticles embedded in liquid crystal." Thesis, Troyes, 2014. http://www.theses.fr/2014TROY0004/document.

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Abstract:

Les nanoparticules métalliques ont des propriétés optiques uniques, dont le contrôle et l'optimisation ont un intérêt grandissant tant pour la recherche fondamentale qu'appliquée. Une propriété spectaculaire de ces nanoparticules est la résonance plasmon de surface localisé, qui est une conséquence des oscillations des électrons libres à l'interface métal/diélectrique.La position spectrale de la résonance plasmon est largement dépendante de la géométrie des nanoparticules, mais aussi de la constante diélectrique du milieu environnant. Un moyen pour contrôler cette résonance consiste donc à faire varier l'indice du milieu qui entoure les nanostructures. Les cristaux liquides nématiques sont un excellent moyen pour modifier et contrôler la résonance plasmon. En effet, par rotation des molécules du cristal liquide on peut induire un changement d'indice qui se traduit par un changement de la réponse optique des nanostructures. L'objectif de la thèse est de simuler des réseaux de nanoparticules d'or, dans un cristal liquide nématique afin de prédire l'influence de l'orientation du CL sur les propriétés optiques de ces nanostructures. Le formalisme numérique utilisé est basé sur la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Nous avons pris en compte les phénomènes d'ancrage des molécules aux interfaces avec la cellule contenant les cristaux liquides et les structures métalliques, et comparé les résultats avec le cas d'une orientation uniforme des molécules dans la cellule. La possibilité d'avoir une double résonance a été étudiée, ainsi que les gain SERS associés à ces structures spécifiques
Metal nanoparticles have unique optical properties, the control and optimization have a growing interest in fundamental research as same as applied research. A spectacular property of these nanoparticles is the localized surface plasmon resonance ( LSPR ), which is a consequence of the oscillations of free electrons at the interface between metal and dielectric.The spectral position of the plasmon resonance is largely dependent on the geometry of the nanoparticles, but also on the dielectric properties of the surrounding medium. It implies that the variation of the index of the medium surrounding the metallic nanostructures can control the LSPR resonance. Nematic liquid crystals are a great way to modify and control the plasmon resonance. Indeed, rotation of the liquid crystal molecules can induce a change in refractive index which results in a change in the optical response of the nanostructures. The aim of the thesis is to simulate arrays of gold nanoparticles in a nematic liquid crystal in order to predict the influence of the orientation of the LC molcules on the optical properties of these nanostructures. Numerical method we used is based on the finite difference time domain ( FDTD ) method. We have considered anchoring effects of molecules at the interfaces between the cell containing the liquid crystal and the substrates. And the results are compared with the case of uniform orientation of the LC molecules in the cell. The possibility of having double resonances was studied as well as the Surface Enhanced Raman Scattering (SERS ) gain associated with these specific structures

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Lahouari, Adam. "Use of reactive force fields for the simulation of metallic nanoparticles." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS223.

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Abstract:

Les nanoparticules (NPs) sont un pilier de la nanotechnologie grâce à leurs propriétés distinctives. Composées souvent de métaux de transition, elles varient de deux à des milliers d'atomes. Cette thèse explore la simulation de ces nanoparticules, en se concentrant sur l'or, l'argent et le cuivre, avec des applications comme l'argent antibactérien ou l'or anticancéreux. Les ions argent interagissent avec l'ADN et la mitochondrie des bactéries, mais une concentration élevée peut être nocive. L'utilisation du thiol stabilise cette interaction en formant une monocouche auto-assemblée dense sur la surface. Différentes structures ont été trouvées selon le métal étudié. Pour l'or, deux structures existent : une adsorption simple (sqrt(3x3)) et une restructurée où les atomes d'or se placent entre les atomes de soufre. Pour l'argent, les thiols peuvent créer la structure sqrt(7x7) ou former un effet core@shell Ag2S. Cette étude vise à vérifier si les méthodes actuelles peuvent prédire ces phénomènes de restructuration et de stabilité des monocouches. La dynamique moléculaire est utilisée pour étudier des systèmes larges, avec le champ de force réactif ReaxFF permettant la cassure et la formation de liaisons pendant les simulations. Un logiciel appelé SAM Maker a été créé pour générer les différentes structures, intégré dans le package NATOMOS. Des structures d'argent (sqrt(7x7)) et d'or (sqrt(3x3)) ont été simulées avec du méthane et du butanethiolate. Le potentiel AgSCH a été utilisé pour étudier la stabilité en chauffant de 0 à 300K, avec des simulations de 0.3, 1 et 3 ns. ReaxFF a montré qu'il peut produire une monocouche stable de butanethiolates sur Ag(111), mais avec des différences pour l'or et l'argent. Les simulations ont révélé des assemblages denses de SAMs sur Ag(111) sans décomposition d'alkanothiolate. Aucune restructuration spontanée n'a été observée, sauf pour les NP inférieurs à 4 nm. À l'avenir, il serait intéressant d'étudier des surfaces d'argent restructurées avec des thiolates et de comparer leurs énergies de liaison.FeNNol, un programme Python, a été utilisé pour créer des potentiels plus précis. La collecte de 300 structures d'or (3 à 25 atomes) a été suivie de dynamiques moléculaires pour générer des structures uniques. Au total, 15 946 structures uniques ont été créées. Des calculs DFT avec la fonctionnelle PBE et la base Stuttgart ont fourni des références d'énergie et de forces pour le potentiel. Un préapprentissage avec ReaxFF a permis de stabiliser les surfaces d'or pur. Les nanoparticules de 2 nm et 4 nm ont donné 20 000 structures de référence. Des ajustements ont ensuite été effectués pour affiner le modèle avec les références DFT, assurant une description précise des clusters.Le modèle final a été testé sur le cluster Au20, montrant une bonne concordance avec la DFT pour les énergies de dissociation. Les distances et énergies des clusters ont été vérifiées, confirmant la précision du modèle. Un autre modèle plus précis a été créé pour des systèmes comprenant moins de 220 atomes d'or, permettant de prédire l'énergie des clusters et leurs distances. En conclusion, cette thèse a démontré l'efficacité des simulations basées sur ReaxFF pour prédire la stabilité des monocouches auto-assemblées sur l'argent. L'utilisation d'algorithmes d'apprentissage a permis de créer des potentiels plus précis pour l'or, ouvrant la voie à des simulations encore plus fiables et détaillées. Ces avancées contribuent à une meilleure compréhension des interactions à l'échelle nanométrique et offrent des perspectives intéressantes pour les applications futures des nanoparticules
Nanoparticles (NPs) have become a cornerstone of nanotechnology due to their distinctive physical, chemical, and biological properties. Often composed of transition metals, they range from groups of two to thousands of atoms. This thesis explores the simulation of these nanoparticles, focusing on gold, silver, and copper, which have applications such as antibacterial silver and anticancer gold. Silver ions interact with bacterial DNA and mitochondria, but high concentrations can be harmful. Thiol can stabilize this interaction by forming a dense self-assembled monolayer on the surface.Different structures have been found depending on the metal studied. For gold, there are two structures: a simple adsorption (sqrt(3x3)) and a restructured one where gold atoms place themselves between sulfur atoms. For silver, thiols can create the sqrt(7x7) structure or form a core@shell Ag2S effect. This study aims to determine if current methods can predict these restructuring and stability phenomena of the monolayers. Molecular dynamics is used to study large systems with the reactive force field ReaxFF, allowing bond breaking and formation during simulations. A software called SAM Maker was created to generate various structures, integrated into the NATOMOS package. Silver (sqrt(7x7)) and gold (sqrt(3x3)) structures were simulated with methane and butanethiolate. The AgSCH potential was used to study stability by heating from 0 to 300K, with simulations of 0.3, 1, and 3 ns. ReaxFF showed it could produce a stable butanethiolate monolayer on Ag(111), but with differences for gold and silver.Simulations revealed dense SAM assemblies on Ag(111) without alkanothiolate decomposition. No spontaneous restructuring was observed except for NPs smaller than 4 nm. Future studies should explore pre-restructured silver surfaces with thiolates and compare their binding energies.FeNNol, a Python program, was used to create more precise potentials. Collecting 300 gold structures (3 to 25 atoms) was followed by molecular dynamics to generate unique structures. In total, 15 956 structures have been created. DFT calculations with the PBE functional and Stuttgart basis provided energy and force references for the potential. A pre-training with ReaxFF stabilized gold surfaces. Nanoparticles of 2 nm and 4 nm provided 20,000 reference structures. Adjustments refined the model with DFT references, ensuring accurate cluster descriptions.The final model was tested on the Au20 cluster, showing good agreement with DFT for dissociation energies. Cluster distances and energies were verified, confirming the model's accuracy. Another more precise model was created for systems with less than 220 gold atoms, predicting cluster energy and distances. In conclusion, this thesis demonstrated the effectiveness of ReaxFF-based simulations in predicting the stability of self-assembled monolayers on silver. Using learning algorithms created more accurate potentials for gold, leading to more reliable and detailed simulations. These advances contribute to a better understanding of nanoscale interactions and offer promising prospects for future nanoparticle applications

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Vitoux, Pauline. "Élaboration de nanocomposites "nanoparticules métalliques / polymère" en milieux fluides supercritiques." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00627637.

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Abstract:

Structurer les matériaux composites, pour au moins une des phases, à l'échelle nanométrique, c'est-à-dire former des matériaux nanocomposites, est une voie pour optimiser nombre de leurs propriétés. Le domaine de la propulsion et des propergols n'échappe pas à cette règle. C'est dans ce contexte que s'est déroulée cette thèse sur la synthèse de nanocomposites 'nanoparticules métalliques/polymère' en milieux fluides supercritiques (FSCs). Les principales étapes rencontrées dans l'élaboration de nanocomposites en milieu scCO2 ont été étudiées : i) Etude thermodynamique des systèmes polymère/scCO2, ii) Mesure de leur viscosité et iii) Synthèse de nanoparticules inorganiques dans des polymères en milieux FSCs. De plus, une partie importante de la thèse a concerné la synthèse de nanoparticules d'aluminium en milieux fluides supercritiques en vue de leur intégration dans des matrices polymères pour des applications propergols.

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Poupart, Romain. "Nanoparticules métalliques@polymères poreux : matériaux hybrides innovants pour la catalyse supportée." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1174/document.

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Abstract:

Les matériaux poreux basés sur les polymères font l’objet de recherches nombreuses et variées depuis leur découvertes et jusqu’à aujourd’hui encore. Leurs propriétés uniques et remarquables, comme par exemple une fonctionnalisation aisée ou une large gamme de porosité accessibles, couplées à leur faible coût de production les rendent attrayant pour de nombreuses applications. Parmi elles, la catalyse supportée est en plein essor, spécialement depuis l’avènement des nanoparticules. Durant ce travail de thèse, nous avons développé différents matériaux polymères pouvant servir de support, se focalisant majoritairement sur trois types de matériaux : des matériaux polymères massiques, des matrices polymères poreuses en capillaire ainsi que des polystyrènes poreux provenant de la dégradation sélective de copolymères diblocs.Dans un premier temps, différentes stratégies ont été employées pour l’immobilisation et la génération de nanoparticules sur les matériaux massiques. L’un a consisté en la synthèse d’un monomère contenant un pont disulfure qui, après réduction, a permis la libération de groupement thiol permettant l’accrochage de nanoparticules d’or. La seconde a consisté à réduire de manière originale les nanoparticules en utilisant un gaz, l’hydrogène. Dans un seconde partie, la synthèse de différentes matrices polymères dans des capillaires a été réalisée. Tout d’abord, une matrice déjà connue de la littérature à base de N-acryloxysuccinimide a été utilisée, après modification via thiol-ène et substitution nucléophile par différentes amines, pour immobiliser des nanoparticules de cuivre ainsi que d’or, respectivement. D’autre part, une nouvelle matrice à partir de carbonate cyclique aura, elle, été utilisée après modification, pour l’immobilisation de nanoparticules de platine. Enfin à partir de copolymères diblocs possédant différentes jonctions entre chaque bloc (un pont disulfure ainsi qu’un acétal), différents polystyrènes poreux ont été obtenus. Les copolymères possédant une jonction acétal à lui été utilisé pour l’immobilisation de nanoparticules d’or, permettant la mise en place des réactions de réduction de nitro, d’homocouplage boronique ainsi que de la mise en cascade de ces deux réactions
Porous materials based on polymers have been the subject of intense and various researches since their discovery until now. Their unique and remarkable properties, like their easy functionalization or their large porosity range reachable for instance, coupled with their low production cost makes them attractive for numerous applications. Among them, supported catalysis is booming, especially since the rising of nanoparticles. During this Ph.D. contribution, we have developed different polymeric materials, which could be used as support, focusing mainly onto three types: bulky materials, porous polymeric matrixes into capillaries and porous polystyrene arising from the selective degradation of diblocks copolymers.Firstly, different strategies have been employed for the immobilization and the generation of nanoparticles onto bulk materials. On the one hand, the synthesis of a monomer, bearing a disulphide bridge which can, after a reduction step, free a thiol moiety allowing us to anchor gold nanoparticles. On the other hand, a new route to reduce nanoparticle has been employed using gaseous hydrogen. In another part, the syntheses of different polymeric matrixes into capillaries have been made. First, we used an already known matrix, based on N-acryloxysuccinimide -after modification step via thiol-ene reaction and nucleophilic substitution by amines- to anchor copper or gold nanoparticles, respectively. Also, a new matrix based on cyclic carbonates has been used, after modification, to immobilized platinum nanoparticles. Finally, starting from diblocks copolymers possessing different junctions between both blocks (disulphide bridge or acetal), porous polystyrenes have been obtained. The copolymers bearing an acetal have been implemented to immobilized gold nanoparticles, catalysing several reactions like nitro reduction, boronic homocoupling as well as the cascade reaction of both

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Triboulet, Sarah. "Etude des effets de deux types de nanoparticules métalliques sur des macrophages murins par une approche protéomique." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENV021/document.

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Abstract:

Les nanoparticules (NP) métalliques occupent une place de plus en plus importante, tant dans les procédésindustriels que dans la recherche biomédicale. Néanmoins, les données sur leur toxicité potentielle pour lesorganismes vivants restent insuffisantes, notamment à l’échelle moléculaire. Des exemples historiques montrentque certaines pathologies, comme la silicose et l’asbestose, peuvent être engendrées par l’exposition chroniqueà des particules inorganiques (silice et fibres d’amiante). Dans les deux cas, la réponse des macrophagesalvéolaires est en grande partie responsable de la maladie. Les macrophages sont en effet la première ligne dedéfense (immunité innée) contre toute attaque exogène, pathogène ou non, du fait de leurs fortes capacitésphagocytaires et de leurs propriétés inflammatoires. Ainsi, les objectifs de ces travaux étaient d’étudier les effetsde deux types de NP métalliques (Cu/CuO et ZnO) sur deux lignées cellulaires de macrophages murins. Cetteétude a été réalisée par une approche protéomique basée sur l’électrophorèse 2D et la spectrométrie de masse,permettant d’accéder de façon reproductible à des données mécanistiques. Les données obtenues ont étévalidées par plusieurs approches ciblées de biologie cellulaire, sur les lignées ainsi que sur des macrophagesprimaires. Nos résultats montrent que les deux types de NP engendrent des réponses différentes, bien que leurdegré élevé de cytotoxicité soit similaire. Les NP de cuivre induisent un stress oxydant et une réponsemitochondriale intenses, associées à de fortes perturbations de la phagocytose et de la production de certainsmédiateurs de l’inflammation. Cette toxicité semble être essentiellement liée aux propriétés redox du cuivre, etest spécifique de la forme nanoparticulaire. A l’inverse, le zinc induit des réponses modérées sur les mêmesprocessus, n’affectant pas a priori le rôle immunitaire des macrophages. Cette toxicité n’est pas non plusspécifique des NP, les ions ayant des effets très étendus, liés à leurs interactions avec de nombreuses protéines,perturbant leur fonctionnement normal jusqu’à induire la mort cellulaire. L’ensemble de ces résultatspermettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires expliquant la toxicité de ces NP
Metallic nanoparticles (NPs) are more and more widely used, from industrial processes to biomedical research.However, data on their potential toxicity towards organisms are still lacking, especially regarding molecularmechanisms. It has been proven that some inorganic particles can lead to diseases when tissues are chronicallyexposed. In the case of pulmonary silicosis and asbestosis, induced by silica particles and asbestos fibers, chronicinflammation through alveolar macrophages is responsible for the disease. Indeed, macrophages are the firstdefense against exogenous attacks, like pathogens or inorganic compounds, which are eliminated throughphagocytosis and inflammatory processes that are part of the innate immune response. Thus, this study aimedat analyzing the molecular effects of both copper- and zinc-based NPs (Cu/CuO and ZnO) on murinemacrophages cell lines. To this end, a reproducible proteomic-based approach using 2D electrophoresis andmass spectrometry was used. The proteomic data were validated using targeted approaches on both cell linesand primary macrophages. Our results show that both NPs exert similar high cytotoxicity, but the molecularresponses are markedly different. Copper-based NPs strongly induce oxidative stress as well as alterations inmitochondrial metabolism, phagocytosis, and inflammatory mediators’ production. These effects seem to bemostly related to the redox properties of copper, and are specific to the NP form. Conversely, zinc inducedlimited effects on the same processes, thus leading to no significant alterations in macrophages’ immunefunctions. These effects are not NP-specific, since Zn2+ ions seem to exert most of them, probably due to theirability to interact with numbers of proteins, slightly altering their normal functions, and eventually leading onlyto cell death without prior functional alterations. This study allowed us to highlight some molecular mechanismsof both NP’s toxicity

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Martinez, Marrades Ariadna. "3D microscopy by holographic localization of Brownian metallic nanoparticles." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066018/document.

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Abstract:

Nous présentons une nouvelle technique de microscopie stochastique basée sur un montage d'Holographie Digitale pour l'imagerie des distributions d'intensité optique. Nous montrons comment cette technique de champ lointain peut être adaptée afin d'obtenir des images de superrésolution ainsi que de champ proche. En pratique, nous imageons des nanoparticules métalliques en mouvement Brownien dans un liquide, que nous localisons ensuite dans le but de contourner la limite de diffraction. Le mouvement aléatoire des particules nous permet une exploration complète de l'échantillon. Au-delà de la simple localisation, ces marqueurs métalliques agissent comme des sondes locales du champ électromagnétique, pouvant notamment diffuser la lumière confinée vers le champ lointain. Les possibilités de cette nouvelle technique sont illustrées à travers l'imagerie de l'intensité optique d'une onde évanescente et d'une onde propagative. Grâce à des méthodes de calcul très performantes, nous sommes capables de localiser des centaines de particules par minute, avec une précision de l'ordre de 3×3×10 nm3 pour des particules immobiles. En plus de l'imagerie des distributions de champ optique, nous présentons une application combinant nos mesures superrésolues et des mesures d'électrochimie pour l'étude des processus d'oxydation de nanoparticules d'argent à proximité d'une électrode. Nos résultats ouvrent la voie à une nouvelle technique d'imagerie superrésolue, particulièrement bien adaptée à la caractérisation optique dans des milieux liquides (comme des systèmes microfluidiques), qui étaient jusqu'à présent inaccessibles par microscopie électronique ou par des microscopies à sonde locale
In this thesis work, we present a novel stochastic microscopy technique based on Digital Holography for the 3D mapping of optical intensity distributions. We show that this far-ﬁeld, wide-ﬁeld, 3D microscopy can be turned into both a superresolution and a near-ﬁeld imaging technique. To do so, we use metallic nanoparticles undergoing Brownian motion as stochastic local ﬁeld probes that we localize in three-dimensions in order to overcome the diﬀraction limit. The random motion of the particles allows for a complete exploration of the sample. Beyond simple localization, the gold markers can actually be envisaged as extremely local electromagnetic ﬁeld probes, able to scatter light into the far-ﬁeld. The technique we propose here is therefore a combination of the concepts of superlocalization and NSOM microscopies. The possibilities of the technique are illustrated through the 3D optical mapping of an evanescent and a propagative wave. Fast computation methods allow us to localize hundreds of particles per minute with accuracies as good as 3×3×10 nm3 for immobilized particles. In addition to optical intensity mapping, we show a particular application in electrochemistry, by coupling our high resolution images with electrochemical oxidation measurements on silver nanoparticles in solution at the vicinity of an electrode. Our results pave the way for a new subwavelength imaging technique, well adapted to optical characterization in water-based systems (such as in emerging microfluidics studies), which are mostly inaccessible to electron microscopy or local probe microscopies

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Ngema, Xolani Terrance. "Nanoparticules métalliques enrobées de polymère : une plateforme multifonctionnelle pour application aux biocapteurs électrochimiques." Thesis, Cergy-Pontoise, 2018. http://www.theses.fr/2018CERG0983/document.

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Abstract:

La tuberculose (TB) est une maladie transmise par l'air causée par Mycobacterium tuberculosis (MTB) qui affecte habituellement les poumons, entraînant une toux sévère, de la fièvre et des douleurs thoraciques. En 2015, il a été estimé que plus de 9,6 millions de personnes dans le monde ont développé la tuberculose et que 1,5 millions sont morts de la maladie infectieuse dont 12% étaient co-infectés par le virus de l'immunodéficience humaine (VIH). En 2016, les statistiques ont atteint un total de 1,7 million de personnes décédées de la tuberculose avec environ 10,4 millions de nouveaux cas de TB diagnostiqués dans le monde. Le développement de systèmes de mesures rapides et fiables, ultra-sensibles, bon marché et facilement disponibles est essentiel pour lutter contre la tuberculose (TB) et la tuberculose multirésistante. Ce travail est une étude sur la faisabilité d'une part d'immunocapteurs électrochimique utilisant un antigène spécifique de Mycobacterium tuberculosis Ag85B pour détecter la tuberculose et d'autre part de biocapteurs utilisant l'enzyme cytochrome P450-2E1 (CYP2E1) pour détecter les médicaments antituberculeux dans le sérum ou l’eau.L'immunocapteur a été développé en adoptant la méthode ELISA indirecte qui a été utilisée pour la détection des anticorps IgG dans les tests ELISA IgG contre la tuberculose. Il a été réalisé en électrodéposant par voltamétrie cyclique (CV) d’abord de l'acide polyamique (PAA) sur une électrode de carbone vitreux (GCE) puis des antigènes recombinants de Mycobacterium tuberculosis Ag85B (Ag). Les électrodes modifiées ont été caractérisées par CV et SWV. Le profil de réponse de l'immunocapteur à des anticorps de Mycobacterium tuberculosis a été étudié par SWV et la réponse linéaire était dans une gamme de 0,3 à 1,6 mg / mL avec une limite de détection (LOD) de 0,08 mg / mL.D'autre part, deux plates-formes pour le développement de biocapteurs pour la détection de médicaments antituberculeux, l'éthambutol (ETH) et la rifampicine (RIF), ont également été préparées. L’une était un composite PAA/AgNPs (nanoparticules d’argent) déposé par goutte sur GCE pour former une plate-forme GCE/PAA/AgNPs. Alors que l'autre plate-forme (GCE/PPy/AgNPs) a été formée par électrodéposition de pyrrole en présence de nanoparticules d'argent (PPy + AgNPs) sur GCE en utilisant la chronopotentiométrie. Les plateformes GCE/PAA/AgNPs et GCE/PPy/AgNPs ont ensuite été caractérisées en utilisant la voltamétrie cyclique alors que leurs morphologies l’ont été par microscopie à force atomique (AFM) et microscopie électronique à balayage (MEB). L'immobilisation de l'enzyme cytochrome P450-2E1 (CYP2E1) sur les deux plates-formes a été réalisée par dépôt de gouttes. L'efficacité des biocapteurs GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 et GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 pour la détection de ETH et de RIF a été étudiée par DPV. Le biocapteur GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 a été capable de détecter les médicaments antituberculeux à leur concentration sérique maximale (2 à 6 μg/mL). Alors que le biocapteur GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 était capable de détecter l'ETH à des concentrations inférieures au taux sérique (2,5 ng/mL à 12,5 ng/mL). Par conséquent, le biocapteur GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 a la capacité de détecter ETH même à l'état de traces dans les systèmes aqueux. Ainsi, le biocapteur GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 a une limite inférieure de détection de l'ETH (0,75 ng/mL) par rapport au biocapteur GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 (1,3 µg/mL). La sensibilité du biocapteur GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 pour l'ETH était de 5 µA/ng.mL-1 alors que celle du biocapteur GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 était de 2,6 µA/µg.mL-1. Le biocapteur GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 était le seul biocapteur capable de détecter le RIF avec une limite de détection de 7,5 µg/mL. Le biocapteur GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 convient à la détection de l'ETH et du RIF aux taux sériques et aux systèmes aqueux. Alors que le GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 ne convient que pour la détection des médicaments antituberculeux à des niveaux traces dans l'eau
Tuberculosis (TB) is an airborne disease caused by Mycobacterium tuberculosis (MTB) that usually affects the lungs leading to severe coughing, fever and chest pains. In 2015 it was estimated that over 9.6 million people worldwide developed TB and 1.5 million died from the infectious disease of which 12 % were co-infected with human immunodeficiency virus (HIV). In 2016 the statistics increased to a total of 1.7 million people died from TB with an estimated 10.4 million new cases of TB diagnosed worldwide. The development of the fast and reliable point-of-care systems that are ultra-sensitive, cheap and readily available is essential in order to address and control the spread of the tuberculosis (TB) disease and multidrug-resistant tuberculosis. This work is the feasibly study on one part on the development of electrochemical immunosensor using a specific Mycobacterium tuberculosis Ag85B antigen to detect tuberculosis and on another part on the development of biosensors using cytochrome P450-2E1 (CYP2E1) enzyme to detect anti-TB drugs in aqueous systems. The immunosensor was developed by adopting the indirect ELISA method which was used for the detection of the IgG antibodies using the tuberculosis IgG ELISA. The development of immunosensor was achieved using glassy carbon electrode (GCE) modified with polyamic acid (PAA) in which Mycobacterium tuberculosis recombinant antigen Ag85B (Ag) was immobilized. PAA was electrodeposited on glassy carbon electrode (GCE) using cyclic voltammetry. The modified electrodes were characterized by cyclic and square wave voltammetry. The response profile of the immunosensor at Mycobacterium tuberculosis antibodies was studied by square wave voltammetry and the linear response was in a range of 0.3 to 1.6 mg/mL with a detection limit (LOD) of 0.08 mg/mL. On the other hand, two platforms for the development of biosensors for the detection of ethambutol and rifampicin (anti-TB drugs) were also prepared. Two platforms were prepared whereby polyamic acid-silver nanoparticles composite (PAA/AgNPs) was drop-coated on GCE to form GCE/PAA/AgNPs platform. While the other platform (GCE/PPy/AgNPs) was formed by electrodeposition of polypyrrole-silver nanoparticles composite (PPy/AgNPs) on GCE using chronopotentiometry. The GCE/PAA/AgNPs and GCE/PPy/AgNPs platforms were then characterized using cyclic voltammetry while their morphologies were obtained by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). The immobilization of cytochrome P450-2E1 enzyme (CYP2E1) on both platforms was achieved by means of drop coating. The efficiency of the GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 and GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 biosensors for the detection of ethambutol (ETH) and rifampicin (RIF) was studied by differential pulse voltammetry (DPV). The GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 biosensor was able to detect anti-TB drugs at their peak serum levels (2 – 6 µg/mL). Whereas the GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 biosensor was able to detect ethambutol at concentrations lower than the serum level (2.5 ng/mL to 12.5 ng/mL). Therefore, GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 biosensor has an ability to detect ethambutol even at trace levels in aqueous systems. Thus, the GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 biosensor have lower limit of detecting ETH (0.75 ng/mL) than GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 biosensor (1.3 µg/mL). The sensitivity of GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 biosensor for ETH was 5 μA/ng.mL-1while the sensitivity of GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 biosensor was 2.6 μA/μg.mL-1. The GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 biosensor was the only biosensor that was able to detect RIF with a limit of detection of 7.5 µg/mL. The GCE/PPy/AgNPs/CYP2E1 biosensor is suitable for the detection of ETH and RIF at serum levels and aqueous systems. While the GCE/PAA/AgNPs/CYP2E1 is suitable for only detecting anti-TB drugs at trace levels in water

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Liakakos, Nikolaos. "Organometallic approach to the growth of metallic magnetic nanoparticles in solution and on substrates." Thesis, Toulouse, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAT0026/document.

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Abstract:

Cette thèse concerne une nouvelle méthode chimique de croissance par germes qui peut produire des assemblés de nanostructures métalliques epitaxiées sur des surfaces macroscopiques cristallines qui agissent comme germes. Cette approche permet d’obtenir des assemblés bien organisées en échelle centimétrique de nanofils métalliques de Co, qui sontmonocristallins, monodisperses de diamètres inferieurs à 10nm et qui ont une orientation perpendiculaire. Ils ont une anisotropie magnétique perpendiculaire et sont intéressantes pour des applications d’enregistrement magnétique à très haute densité. L’extension de cette méthode au fer donne des films nanostructurés de fer. L’orientation des nanostructures sur le support solide dépend de l’orientation cristallographique du substrat, alors que leur morphologie est dictée par la composition de la solution. Cet objectif a été atteint grâce à des études parallèles sur le mécanisme de croissance de nano-cristaux de cobalt en solution qui ont révélées une influence inattendue de la procédure de préparation de la solution mère sur la morphologie des nanocristaux. En plus,l’utilisation des germes nanoscopiques pour la croissance de Co et de Fe a rendu des nanofils longs de Co et des altères de Co-Fe et elle a contribué à la définition et l’amélioration des conditions expérimentales pour la croissance par germes de Co et de Fe sur les substrats solides
This thesis concerns a new wet chemical seeded growth method that can produce arrays of metal nanostructures epitaxially grown on crystalline macroscopic surfaces which act as seeds. This approach produces wafer-scale organized 2D hexagonal arrays of perpendicularly oriented, monodisperse and monocrystalline metallic Co nanowires with diameters below 10 nm which exhibit perpendicular magnetic anisotropy and are interesting for applications in ultra high density magnetic recording. Extension of this approach to iron gives rise to nanostructured iron films. The orientation of the nanostructures on the solid substrate depends on the substrate crystallographic orientation, whereas their morphology is dictated by the solution composition. This objective was attained through parallel studies on the growth mechanism of cobalt nano-crystals in solution which revealed an unexpected influence of the stock solution preparation procedure on the nanocrystal morphology. In addition, the use of nanoscopicseeds for the overgrowth of cobalt and iron gave rise to long Co nanowires and Co-Fe dumbbells and contributed to the definition and the improvement of the experimental conditions for the seeded growth of Co and Fe on the solid substrates

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Liu, Zeming. "Self-organization of metallic nanoparticles in waveguides by laser : mechanisms modelling and new approaches." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSES073/document.

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Abstract:

La présente thèse porte sur l’étude de l’auto-organisation induite par laser de nanoparticules (NPs) d’argent dans des couches minces de TiO2. Cette technique laser a été récemment mise au point pour fournir des solutions d'impression originales pour des applications comme l'imagerie polarimétrique, la sécurité ou le design. Ici, nous étudions expérimentalement et théoriquement les différents mécanismes impliqués dans la formation des NPs pour un meilleur contrôle de leur morphologie et de leur organisation. Dans le cas de lasers continus, nos résultats expérimentaux prouvent que la vitesse à laquelle le faisceau laser balaye la surface de l’échantillon est un paramètre crucial pour le contrôle de la taille finale des NPs, et de l’élévation de température induite dans la couche par le laser. La taille des NPs d’argent diminue aux basses vitesses d’écriture, alors que leur croissance est activée par effet thermique et apparait uniquement au-dessus d’un seuil de vitesse. La taille finale des NPs varie dans ce cas de façon non-monotone avec la vitesse de balayage alors que la hausse de température ne cesse de croître. Afin d'expliquer ces phénomènes contre-intuitifs, plusieurs modèles numériques ont été développés qui permettent de simuler la variation de la taille des NPs sous insolation laser dans le domaine spectral du visible. Les résultats théoriques concordent bien avec les observations expérimentales et révèlent que l’origine de ces phénomènes résulte d'interactions complexes entre les différents processus physico-chimiques impliqués dans la formation des NPs. Finalement, cette thèse démontre que l’auto-organisation des NPs à l’échelle sub-longueur d’onde peut être aussi réalisée avec des impulsions laser femto-secondes (fs), et une croissance anisotrope des NPs a été également observée pour une gamme particulière de paramètres laser. La comparaison avec les structures de NPs produites par lasers continus suggère que les impulsions laser fs offrent une meilleure maîtrise des effets thermiques et de la taille des NPs. L'usage de laser fs offre ainsi une nouvelle approche pour transférer ces technologies sur des supports souples comme les papiers ou les plastiques
This doctoral thesis focuses on the study of laser-induced self-organization of Ag nanoparticles (NPs) in TiO2 thin layers. This laser technique was recently developed to provide original printing solutions for applications like active color displays, security, or polarization imaging. Here, we investigate experimentally and theoretically the different mechanisms involved in the NPs formation for a better control of their morphology and organization. In the case of continuous-wave (cw) laser, our experimental results prove that the speed at which the laser scans the sample surface is a crucial parameter to control the NP size and the laser-induced temperature rise. Ag NPs shrink at low scan speed, whereas growth governed by a thermal effect only occurs above a speed threshold. Above this threshold, the size of grown Ag NPs changes in a non-monotonous way with scan speed, whereas laser-induced temperature rise increases with speed. In order to explain these counter-intuitive behaviors, several numerical models have been developed to simulate changes in the size distribution of Ag NPs induced by visible light. Simulation results are in good agreement with experimental observations and reveal the origin of the observed phenomena by collective interactions of various physico-chemical processes involved in the variation of NPs size. Finally, this thesis demonstrates that self-organization of NPs at sub-wavelength scale on large areas can also be performed with femtosecond (fs) laser pulses. Oriented anisotropic growth of NPs has also been observed using a proper selection of laser irradiation parameters. Compared with the cw laser induced structures, fs pulses offer better control of the thermal effect and NP size, which opens the way to transfer these technologies on plastic or paper substrates

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Erbi', Matteo. "Impact of Mechanical Loading on the Deformation and the Electronic Properties of Metallic Nanoparticles." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS620.

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Abstract:

Les nanoparticules métalliques (NPs) sont des objets fascinants possédant des propriétés uniques qui diffèrent considérablement de leurs homologues massifs en raison de leur rapport surface/volume élevé. Ainsi, de nombreuses applications sont envisagées dans diverses domaines tels que la catalyse, la médecine ou encore l’optique. Toutefois, quel que soit leur domaine d’utilisation, les nanoparticules peuvent être soumises à des contraintes mécaniques entraînant des modifications structurales avec un impact considérable sur les applications visées. Dans cette thèse, nous explorons l'influence des caractéristiques physiques des NPs (forme, taille et composition) sur leurs propriétés mécaniques et étudions comment les déformations plastiques et élastiques affectent leurs capacités d'absorption. Le but est de proposer une voie unique et guidée pour développer une nouvelle classe de nano-objets. En combinant des calculs de dynamique moléculaire et des éléments finis, nous présentons une étude approfondie des déformations élastiques et plastiques de nanoparticules métalliques (Au, Cu et Pt) de différentes formes et tailles en imposant une contrainte sur les facettes (001) et (111). Dans le régime élastique, aucun effet de taille pour les nanoparticules de plus de 5 nm est relevé. En revanche, les propriétés élastiques des NP sont fortement influencées par la forme de la particule. Ainsi, pour une déformation donnée, la distribution du champ de contraintes dans la NP est hétérogène et dépend fortement de la forme de la NP avec un impact majeur sur les propriétés élastiques telles que le module d'Young effectif de la NP. L'accent est ensuite mis sur la transformation plastique des NPs en étudiant la contrainte critique nécessaire à la nucléation des dislocations. Plus précisément, nous cherchons à comprendre comment la forme et la taille des nanoparticules affectent l’apparition des toutes premières dislocations. Notre étude montre que la contrainte critique est fortement impactée par la taille et la forme des NPs. Par ailleurs, un effet universel de ces deux grandeurs sur la nucléation des dislocations est identifié pour les métaux de type cubiques à faces centrées, complétant les résultats de la littérature existante pour des formes de NP spécifiques. En outre, notre analyse met en évidence que les coins des NP sont des zones où la nucléation des dislocations se produit principalement. Par la suite, nous avons développé un modèle simple basé sur des calculs par éléments finis, indiquant que la dislocation nuclée lorsqu'une valeur spécifique de la contrainte de Von Mises est atteinte près des coins de la NP. Notre étude se penche également sur l’impact de la composition chimique sur les propriétés mécaniques des nanoparticules (ici CuAu). Dans ce cadre, des systèmes ordonnés et désordonnés sont considérés faisant apparaitre des comportements singuliers. Ainsi, les structures ordonnées présentent un renforcement mécanique par rapport aux NPs pures d'or ou de cuivre. En revanche, les solutions solides présentent un adoucissement complètement inattendu car contraire aux systèmes massifs. Les connaissances acquises dans le domaine de la déformation mécanique des nanoparticules sont finalement exploitées pour étudier les modifications de leurs propriétés électroniques. À cette fin, une analyse locale des densités d’états électroniques est développée sur la base d’un formalisme de type liaisons fortes pour calculer les effets des contraintes mécaniques sur les propriétés électroniques des nanoparticules de Pt indentées. Nos résultats soulignent que, contrairement à la déformation élastique, la déformation plastique introduit de nouveaux sites de surface faiblement coordonnés qui peuvent améliorer la réactivité de surface des NP. L'augmentation de la réactivité de surface de ces nouveaux sites est confirmée par des calculs DFT examinant l'absorption d'hydrogène sur des NP de Pt plastiquement déformées
Metallic nanoparticles (NPs) are fascinating objects, possessing unique properties that differ significantly from their bulk counterparts due to their high surface area-to-volume ratio. As a result, many nanoparticle-based technological approaches are being foreseen across fields such as catalysis, medicine, and optic applications. However, regardless of their application domain, NPs can be subjected to mechanical constraints, potentially leading to structural modifications or even irreversible changes that drastically impact their intended use. In this thesis, we explore the influence of some tunable characteristics of NPs (shape, size, and composition) on their mechanical properties and investigate how plastic and elastic deformations affect their absorption properties. Our goal is to highlight a viable path to develop a new class of nano-objects. By combining molecular dynamics with finite element calculations, we present an extensive study on the elastic and plastic deformations of metallic (Au, Cu, and Pt) nanoparticles of different shapes and sizes. We impose mechanical loading through nano-indentation on (001) and (111) facets. In the elastic regime, there is no size effect for nanoparticles larger than 5 nm. Conversely, the elastic properties of NPs are highly driven by the shape of the particle: a clear shape effect emerges from our results. For a given imposed deformation, the distribution of the stress field in the NP is heterogeneous and depends strongly on the shape of the NP, having a major impact on elastic properties such as the NP's effective Young’s modulus. The focus then shifts to the plastic transition, by examining by analyzing the critical stress required for dislocation nucleation and understand how the shape and size of nanoparticles affect this key parameter. Our study shows that both the size and shape of the NPs influence the critical stress. By adjusting NP morphology, we can tune the onset of plasticity. A universal effect of size and shape on dislocation nucleation is identified for FCC metals, complementing existing literature results for specific NP shapes. Furthermore, our analysis highlights that NP corners are stress hotspot regions where dislocation nucleation primarily occurs. We develop a simple model based on FE calculations, indicating that dislocation nucleates when a specific Von Mises stress value is reached near NP corners. The research further looks into different mixing patterns of copper-gold nano-alloy. Ordered and disordered systems are tested, showing that the elastic and plastic behavior is sensitive to the mixing pattern. Ordered structures can exhibit strengthening compared to pure Gold or Copper NPs, while solid solutions show a softening, unlike bulk material. Our findings indicate that local order influences the elastic and plastic behaviors of alloy NPs. Knowledge gained in the field of mechanical deformation of nanoparticles is exploited to study changes in their electronic properties. For this purpose, a costume tool is developed based on the tight-binding formalism to compute the effects of both elastic and plastic deformation on the electronic properties of indented Pt NPs. Our results emphasize that, unlike elastic deformation, plastic deformation introduces new, low coordinated surface sites that can enhance NP surface reactivity. The enhanced surface reactivity of these new sites is confirmed by DFT calculations examining Hydrogen absorption on plastically deformed Pt NPs

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Veron, Olivier. "Etude des mécanismes de coloration de verres obtenue par échange ionique Ag+/Na+ et précipitation de nano agrégats métalliques." Phd thesis, Université d'Orléans, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00617160.

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Abstract:

L'objectif est d'étudier par la méthode d'échange ionique à l'argent de verres silicatés la coloration induite etla réalisation de guides d'ondes planaires. Deux méthodes de modélisation de l'échange ionique sont présentées pour évaluer les paramètres de l'échange qui sont le coefficient de diffusion, la forme du profil et la mobilité des ions. Cette technique purement thermique permet la réalisation de guides d'onde à gradient d'indice, l'ajout d'un champ électrique permet d'obtenir un profil à saut d'indice. Différentes compositions de verre sont étudiées dans le but de déterminer la variation d'indice induite par la polarisabilité de l'ion argent plus forte que les ions sodium ou lithium initialement présents dans les verres. A la suite de l'échange ionique, un recuit peut être effectué dans le but de précipiter l'argent en nanoparticules métalliques qui possèdent des propriétés d'absorption intéressantes permettant de colorer les verres : la résonance plasmon de surface (RPS). Le mécanisme de formation de ces nanoparticules dépend de la température et de l'effet redox de l'environnement. L'irradiation effectuée par un laser pulsé nanoseconde des verres échangés permet la précipitation locale des nanoagrégats d'argent à la surface des verres. L'irradiation pulsée en régime femtoseconde permet une interaction dans le volume du verre, soit avec des nanoparticules déjà présentes dans le but de modifier la couleur localement, soit avec des verres échangés dans lequel des défauts sont générés pour ensuite favoriser la formation de nanoparticules par recuit. La modélisation de la résonance plasmon de surface effectuée permet d'évaluer le mécanisme de croissance des nanoparticules dans les verres. Les méthodes de caractérisation utilisées sont la microscopie électronique à balayage, la microscopie électronique en transmission, la spectrophotométrie UV/Visible, la photoluminescence et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier.

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Hallot, Gauthier. "Synthèse, caractérisations et vectorisation des nanoparticules de bismuth métallique pour des applications théranostiques." Thesis, Sorbonne université, 2019. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=http://theses-intra.upmc.fr/modules/resources/download/theses/2019SORUS272.pdf.

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Abstract:

Les nanoparticules de bismuth métallique sont peu décrites dans la littérature et pourtant elles ont un fort potentiel médical. Leur utilité est notamment décrite dans des applications thérapeutiques et/ou diagnostiques De plus, le bismuth est un élément abondant, peu cher et biocompatible. Dans ce projet, une synthèse robuste et reproductible de nanoparticules de bismuth métallique dans l’eau en procédé non continu a été développée en appliquant les principes de la nanochimie verte. Cette synthèse a ensuite été transférée en procédé continu pour augmenter la productivité d’obtention des nanoparticules. La caractérisation de leur surface, leur stabilité chimique et colloïdale ainsi que leur cytotoxicité ont été étudiées afin d’envisager leur utilisation en milieu biologique. Trois types de nanoparticules hydrophiles, hydrophobes et fluorophiles ont été obtenues après l’échange de ligand. Les nanoparticules hydrophiles ayant à leur surface du polyéthylène glycol sont stables pendant 24 heures dans le sérum physiologique. Les nanoparticules hydrophobes ont été incorporées dans des émulsions huile dans eau. En revanche, les nanoparticules polyfluorées ne contenant pas assez de fluor sur l’agent de revêtement n’ont pas pu être incorporées dans une huile fluorée. Enfin, une étude préliminaire n’a pas permis de montrer un effet de radiosensibilisation des nanoparticules de bismuth. Des études approfondies in vitro et in vivo de ces nanoparticules sont envisagées pour conclure définitivement sur leur effet radiosensibilisant
Metallic bismuth nanoparticles are poorly described in the literature and yet they have a high medical potential. Their utility is particularly described in therapeutic and/or diagnostic applications. In addition, bismuth is an abundant, inexpensive and biocompatible element. In this project, a robust and reproducible synthesis of metallic bismuth nanoparticles in water in a non-continuous process was developed by applying the principles of green nanochemistry. This synthesis was then transferred to a continuous process to increase the productivity of obtaining nanoparticles. The characterization of their surface, chemical and colloidal stability as well as their cytotoxicity were studied in order to consider their use in biological environments. Three types of hydrophilic, hydrophobic and fluorophilic nanoparticles have been obtained. Hydrophilic nanoparticles with polyethylene glycol on their surface are stable for 24 hours in saline solution. Hydrophobic nanoparticles have been incorporated into oil-in-water emulsions. On the other hand, polyfluorinated nanoparticles containing insufficient fluorine on the coating agent could not be incorporated into a fluorinated oil. Finally, a preliminary study did not show a radiosensitization effect of bismuth nanoparticles. In vitro and in vivo studies of these nanoparticles are planned to definitively conclude on their radiosensitizing effect

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Palussière, Ségolène. "De la synthèse de nanoparticules de CuO par voie organométallique à l'assemblage de matériaux énergétiques Al/CuO." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30269.

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Abstract:

Parmi les matériaux énergétiques, les nanothermites sont connues pour leur forte réactivité et leur utilisation dans les applications pyrotechniques. Dans ce cadre, le composite Al/CuO est un matériau prometteur pour l’intégration dans des micro-dispositifs, en raison de sa forte enthalpie de réaction d’oxydo-réduction. L’augmentation de la surface de contact entre les deux réactifs de la thermite permet l’amélioration des propriétés. Le contrôle de la taille, de la morphologie et de la distribution des nanoparticules au sein du nanocomposite revêt donc une importance fondamentale. Dans la majorité des cas, les nanothermites sont obtenues par mélange physique de nanopoudres commerciales non dispersables. Dans cette thèse nous avons proposé d’explorer une voie organométallique pour synthétiser des nanoparticules de CuO permettant ensuite un assemblage avec des nanoparticules commerciales d’Al. A cet effet, des nanoparticules de CuO sont synthétisées par hydrolyse ou oxydation contrôlée d’un précurseur organométallique (amidinate de cuivre) en présence de ligands organiques (octylamine). Les tailles, les formes et les distributions varient en fonction des conditions expérimentales des synthèses. Les états de surface des nanoparticules de CuO ont été ensuite analysés par des méthodes de caractérisations de spectroscopies de RMN et infrarouge. Les informations acquises nous ont permis d’identifier les interactions entre les ligands et la surface des nanoparticules. Dans un deuxième temps, les nanoparticules de CuO sont mélangées avec des nanopoudres d’Al dispersées aux ultrasons dans un solvant organique. Les caractérisations thermiques de ces nanocomposites montrent la présence de réactions exothermiques et endothermiques non caractéristiques des réactions thermites usuelles Al+CuO. Les analyses thermiques et structurelles des nanoparticules de CuO ont révélé que les ligands s’oxydent à basse température (~200 °C) et réduisent le CuO en Cu2O puis en Cu métallique, avant que la réaction thermite ne s’opère. Un protocole expérimental optimisé a été enfin mis en place pour conserver la structure du CuO tout en éliminant les ligands présents dans la couche stabilisante des nanoparticules. Ces nouveaux assemblages génèrent une énergie de réaction équivalente à des nanothermites Al/CuO obtenues par mélange de poudres commerciales. Mais ces nanocomposites possèdent des températures d’initiation plus basses, ce qui est intéressant pour certaines applications. Les connaissances accumulées sur les états de surface et la stabilisation des nanoparticules en solution ouvrent la voie à l’intégration de nanocomposites sur puces microélectroniques par la technologie « jet d’encre »
Among the energetic materials, nanothermites are known for their high reactivity and their use in pyrotechnic applications. In this context, the Al/CuO composite is a promising material for integration into micro-devices, due to its high enthalpy of oxidation-reduction reaction. The increase of the contact surface between the two reactants of the thermite improves the properties. Control of the size, morphology and distribution of nanoparticles within the nanocomposite is therefore of fundamental importance. In the majority of cases, the nanothermites are obtained by physical mixing of non-dispersible commercial nanopowders. In this thesis we proposed to explore an organometallic way to synthesize CuO nanoparticles to assembly with Al commercial nanoparticles. For this purpose, CuO nanoparticles are synthesized by hydrolysis or controlled oxidation of an organometallic precursor (copper amidinate) in the presence of organic ligands (octylamine). Sizes, shapes and distributions vary depending on the experimental conditions of the syntheses. The surface states of the CuO nanoparticles were then analyzed by NMR and infrared spectroscopy characterization methods. The information acquired allowed us to identify the interactions between the ligands and the surface of the nanoparticles. In a second step, the CuO nanoparticles are mixed by ultrasons with nanopowders dispersed in an organic solvent. The thermal characterizations of these nanocomposites show the presence of non-characteristic exothermic and endothermic reactions of the usual Al + CuO thermite reaction. Thermal and structural analyzes of CuO nanoparticles revealed that the ligands oxidize at low temperature (~ 200 °C) and reduce the CuO to Cu2O then to metallic Cu, before the thermite reaction takes place. An optimized experimental protocol was finally implemented to preserve the structure of CuO while eliminating the ligands present in the stabilizing layer of the nanoparticles. These new assemblies generate a reaction energy equivalent to Al/CuO nanothermites obtained by mixing commercial powders. But these nanocomposites have lower initiation temperatures, which is interesting for some applications. The accumulated knowledge of surface states and the stabilization of nanoparticles in solution open the way to the integration of nanocomposites on microelectronic chips by “inkjet” technology

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Lee, Suyeon. "Synthesis and properties of mono and bi- metallic nanoparticles of noble metals; towards fabrication of novel functional nanoparticles assemblies." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2021. http://www.theses.fr/2021SORUS580.

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Abstract:

Les nanoparticules de métaux nobles ont suscité un grand intérêt ces dernières années dans divers domaines en raison de leurs propriétés physiques et chimiques distinctes telles que les propriétés optiques, catalytiques ou magnétiques. Dans cette thèse, nous avons étudié les différentes approches permettant d'intégrer deux métaux dans un même système, comme les nanoparticules bimétalliques, ou les super-réseaux binaires pour obtenir de nouvelles propriétés. Nous avons mis au point une méthode de croissance à partir de graines pour synthétiser de manière rationnelle des nanoparticules cœur-coquille Au(ou Ag)@M (M=Ag, Pd, Pt). L'impact des paramètres de synthèse tels que la concentration des précurseurs métalliques, la nature des ligands ou la température sur les paramètres clés des nanoparticules (taille du noyau, épaisseur de la coque, dispersion) a été étudié. Les propriétés optiques, vibratoires et catalytiques des différentes nanoparticules bimétalliques ont été caractérisées en fonction de leur structure, de leur composition chimique, du nombre de couches atomiques de la couche et de la cristallinité du noyau. En outre, des super-réseaux binaires de NP, qui sont co-assemblés à partir de deux composants complémentaires différents, ont également été signalés. Plusieurs conditions d'assemblage (rapport de taille effective, rapport de concentration, température de dépôt, méthode de dépôt) ont été explorées. Le mécanisme physique responsable de la variation structurelle observée a ainsi été identifié. Une variété de structures cristallines pour les super-réseaux binaires telles que AlB2, NaZn13, NaCl ont été produites. Enfin, les propriétés magnétiques des super-réseaux binaires de nanoparticules Fe2O3/Au ont été étudiées. Elles sont déterminées par la distance interparticulaire des nanoparticules Fe2O3 modulée par l'insertion des nanoparticules Au
Noble metal nanoparticles (NPs) have attracted a great interest last years in various domains due to their distinct physical and chemical properties such as optical, catalytic or magnetic properties. In this thesis, we investigated the various approaches to integrate two metals in the same system, such as bimetallic nanoparticles, or binary superlattices to obtain new properties. We have developed seed-mediated growth method to rationally synthesis core-shell NPs Au(or Ag)@M (M=Ag, Pd, Pt). The impact of synthesis parameters such as concentration of metallic precursors, nature of ligands or temperature on key NPs parameters (core size, shell thickness, dispersity) was studied. The optical, vibrational and catalytic properties of different bimetallic NPs were characterized according to their structure, chemical composition, number of shell atomic layer and core crystallinities. In addition, binary NP superlattices, which are co-assembled from of two different complementary components were also reported. Several assembly conditions (effective size ratio, concentration ratio, deposition temperature, deposition method) were explored. The physical mechanism responsible for the observed structural variation was thus identified. A variety of crystalline structures for the binary superlattices such as AlB2, NaZn13, NaCl were produced. Finally, the magnetic properties of Fe2O3/Au NP binary superlattices were studied. They are determined by the interparticle distance of Fe2O3 NPs modulated by the insertion of Au NPs

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Nadar, Latifa. "Surfaces fonctionnalisées à base de nanoparticules métalliques pour l'optique et la photonique." Phd thesis, Université Jean Monnet - Saint-Etienne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00700483.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration et la caractérisation optique et structurale de films de silice ou de titane mésostructurés porteurs de nanoparticules d'argent. Il s'intéresse également aux propriétés photochromiques des films à base de titane. Pour ce travail, des films mésoporeux de SiO2, et de TiO2, amorphe ou anatase, ont été synthétisés par voie sol-gel et caractérisés. Après leur imprégnation par des ions métalliques, trois protocoles de réduction ont été utilisés. La croissance thermique favorise la coalescence des nanoparticules; des bâtonnets d'argent sont obtenus dans les films de silice hexagonaux 2D alors que des agglomérats se forment en surface et dans l'épaisseur des films de TiO2 présentant des pores sphériques. La réduction chimique permet une croissance rapide des nanoparticules d'argent dans les pores; des bâtonnets et sphères de taille et forme contrôlées sont obtenus dans les films de SiO2 et de TiO2, respectivement. La croissance optique des nanoparticules d'argent par photoréduction est aussi un procédé rapide; des nanoparticules avec une plus large distribution de taille que leurs similaires chimiques sont obtenues dans les films de TiO2, mais seulement quelques nanoparticules dans la matrice SiO2 en raison de sa faible réponse à l'UV. L'étude du comportement photochromique des nanoparticules d'argent déposées dans des films de TiO2 a démontré l'influence de la répartition initiale des nanoparticules et de l'intensité incidente sur la couleur du film. Un blanchiment du film optique ou chimique est observé après insolation avec une lumière monochromatique puissante, et un comportement multiphotochromique pour de faibles intensités lumineuses.

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Mehedi, Hasan-Al. "Diamond nanostructure fabrication by etching and growth with metallic nanoparticles." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENT107/document.

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Abstract:

Le diamant est un matériau fascinant avec d'exceptionnelles propriétés physiques. Son application à divers domaines reste limitée parce que sa fabrication est difficile et nécessite des substrats et conditions spécifiques. En outre, les dispositifs de diamant tels que les capteurs nécessitent généralement la structuration et l'échelle micro ou nanométrique, et l'inertie chimique du diamant rend ce processus technologique plus difficile que celui des semiconducteurs réguliers. Il s'agit d'un besoin évident de la recherche fondamentale d’explorer de nouvelles façons de fabriquer des nanostructures de diamant, ce qui permet de nouvelles formes de capteurs et dispositifs. Dans ce contexte, le travail présenté est d'une grande importance pour la communauté de diamant et pour le développement futur de la technologie du diamant.Le manuscrit est divisé en huit parties: une introduction; 6 chapitres, une conclusion générale. Dans l'introduction le contexte de l'étude est brièvement présenté avec les deux objectifs. Le premier consistait à étudier la croissance des nanofils de diamant et à trouver des conditions appropriées pour obtenir des nanofils de façon reproductible. Le deuxième objectif était la mise au point du procédé de gravure du diamant avec des particules de catalyseur et de l'optimisation des paramètres du procédé.Le premier chapitre de ce manuscrit présente tout d'abord l'état de l’art en mat ière de propriétés et des technologies de croissance du diamant. Puis, dans le deuxième chapitre, en vue de la croissance des nanofils et des études de gravure de nanostructures utilisées catalyseurs métalliques, la base de l'interaction métal-carbone est présenté.Le chapitre trois contient l'instrumentation et principe de fonctionnement des techniques expérimentales et analytiques utilisées dans cette étude. Le chapitre suivant se concentre sur la recherche de conditions favorables à la croissance des nanofils de diamant, d'abord en étudiant en détail un processus signalé en 2005 qui a conduit à la nucléation des nanocristaux sur des nanotubes de carbone, puis la croissance de nanofils.Les conditions de croissance ont été soigneusement reproduites, sans succès reproductible. Il en est déduit déduit que d'un élément non a contribué à la croissance, comme une contamination du catalyseur. La combinaison avec le fait que le processus publiée en 2005 n'a jamais été reproduite, en dépit de son importance technologique élevé, ce qui suggère que la contamination s'est produite également dans cette oeuvre originale.Puis, à partir de cette première observation, l'effet d'un catalyseur a été étudié, et des résultats intéressants ont été obtenus. Les nanofils ont été obtenus de façon reproductible, mais le point important est que les nanofils à base de silicium sont très faciles à cultiver, et qu'un environnement deCarbone pur était nécessaire d'étudier la croissance de nanofils de carbone. Dans ces conditions, un continuum allant de diamant de gravure pour la croissance du diamant a été obtenue en fonction de l'apport de carbone, très intéressant pour la technologie du diamant. Dans le cinquième chapitre du mécanisme de gravure de diamant par des particules de catalyseur est explorée. La gravure à motifs a été proposée pour la fabrication de nano-ou micro-structures dans le diamant, et il est présenté dans la dernière partie de ce chapitre. Le chapitre 6 présente deux applications intéressantes du processus dedéveloppement. Les premières membranes poreuses préoccupations utilisés comme bio-capteurs, et les nanotubes de carbone second concerne la base neuro-capteurs.Malgré l'étude infructueuse de la croissance du diamant nanofil, le travail fait des progrès significatifs à la science de la croissance matérielle nanocarbone. Et elle a conduit à l'étude approfondie de gravure diamant, qui est également très important pour la technologie
One-dimensional structures with nanometre diameters, such as nanotubes and nanowires, have attracted extensive interest in recent years and form new family of materials that have characteristic of low weight with sometimes exceptional mechanical, electrical and thermal properties. Without any change in chemical composition, fundamental properties of bulk materials can be enhanced at the nanometre scale leading to extraordinary nanodevices.Since a few years, nanowires of different semiconducting materials have been grown. To mention few of these, Si, GaN, SnO, SiC and ZnO nanowires were all successfully demonstrated. However, the growth of diamond nanowires has not yet been demonstrated, despite the strong interest for this material. Bulk diamond combines various exceptional properties for a wide range of applications: Chemical inertness, radiation hardness, biocompatibility, high hole/electron mobility (2000/1000 cm2/V/s), high thermal conductivity (22 W/cm/K), wide bandgap (5.5 eV), and wide electric potential window (3.25 eV H-O evolutions).Since about 30 years, the growth of diamond thin film is well controlled either as insulator or as semiconductor with p- and n- type dopants. Fabrication of 25x25 mm2 monocrystalline diamond wafer has already been reported, and two inches wafers are expected in a couple of years demonstrating the growing interest for this material. Among present or short-term applications one can mention alpha-particle detectors, solar-blind UV sensors, high voltage electronic devices, bio-sensors and single photon source. The realization of nanowires should improve the performance of some of these devices and also open a range of new high performance applications.The stability of 0D (nanocrystals) and 1D (nanowires) diamond nanostructures has been extensively studied using ab initio modelling and indicates that for specific crystallographic orientations clusters of nanometric size are thermodynamically stable. One experimental indication for diamond nanowire growth has been published by Sun et al. in 2005, based on nanocrystal nucleation and growth on carbon nanotubes followed by 1D growth. This particular nucleation process on carbon nanotube has furthermore been explained theoretically in 2009.Based on these experimental and theoretical results, the first objective of this thesis was to explore the growth of diamond nanowire and find suitable conditions to obtain nanowires in a reproducible way. A wide range of process conditions were explored, first without any catalyst, then with metallic catalyst in order to promote Vapour-Liquid-Solid (VLS) growth. Although a comprehensive knowledge regarding carbon nanotube stability in hydrogen atmosphere and diamond-catalyst interaction has been obtained and some carbon nanostuctures were grown, no diamond nanowires were obtained in a reproducible way.However, the careful study of the diamond-catalyst interaction revealed a very interesting etching process that could be very useful for the fabrication of diamond nanostructures. A second objective was then defined: development of the etching process for diamond using transition metal as catalyst and optimization of the process parameters for specific applications such as the fabrication of porous diamond membranes for bio-sensors

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Astudillo, Neira Catalina Andrea. "Nanoparticules d'oxyde de nickel et de cobalt incorporées dans des films de polypyrrole en tant que matériau électrocatalytique efficace pour l'oxydation de l'eau." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. https://thares.univ-grenoble-alpes.fr/2020GRALV016.pdf.

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Abstract:

Ce mémoire de thèse porte sur le développement d'anodes très actives et stables pour l'oxydation électrocatalytique de l'eau dans des conditions de pH presque neutre, à base de nanoparticules d'oxyde de nickel ou de cobalt ou de nickel/fer incorporées dans une matrice de poly(pyrrole-alkylammonium). Préparés par un procédé entièrement électrochimique, ces matériaux nanocomposites sont hautement nanostructurés avec des tailles de particules d'oxyde métallique comprises entre 20 et 30 nm, qui sont bien dispersées dans le film de polypyrrole, conférant une grande surface électroactive et donc une grande activité électrocatalytique vis-à-vis de l'oxydation de l'eau à un pH proche de la neutralité de 9,2. Ces performances placent ces électrodes à base de nanocomposites parmi les anodes les plus actives décrites dans la littérature, employant des oxydes de nickel, ou de cobalt, ou de nickel/fer à pH 9,2. De plus, lorsque le matériau nanocomposite est électrodéposé sur de l'ITO poreux, la physisorption du film nanocomposite est considérablement améliorée et, par conséquent, son activité catalytique demeure très stable au-delà de 24 heures d'électrolyse. Ce travail démontre le rôle bénéfique de la matrice de polypyrrole chargée positivement dans la préparation de petites particules d'oxyde métallique et dans l'obtention d'anodes très stables et actives pour l'oxydation de l'eau
This thesis deals with the development of highly active and stable anodes for electrocatalytic water oxidation under near-neutral pH conditions, based on nickel or cobalt or nickel/iron oxide nanoparticules embedded into a poly(pyrrole-alkylammonium) matrix. Prepared by an all-electrochemical procedure, these nanocomposite materials are highly nanostructured with sizes of metal oxide particle between 20 and 30 nm, which are well dispersed into the polypyrrole film, conferring a great electroactive surface area and thus a high electrocatalytic activity towards water oxidation at near neutral pH of 9.2. These performances place these nanocomposite based electrodes among the most active anodes described in the literature employing either nickel or cobalt or nickel/iron oxide at pH 9.2. In addition, when the nanocomposite material is electrodeposited on porous ITO, the physisorption of the nanocomposite film is considerably enhanced and consequently its catalytic activity is very stable beyond 24 h of electrolysis. This work demonstrates the beneficial role of positively charged polypyrrole matrix in the preparation of small particles of metal oxide and in the achievement of highly stable and active anodes for water oxidation

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Mika, Arkadiusz. "Interactions of slow multiply charged ions with large, free radiosensitizing metallic nanoparticles." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMC263/document.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'interaction d'ions multichargés avec des particules métalliques de taille nanométrique. Ce travail a eu pour but d'étudier les processus fondamentaux ainsi que d'éclairer leur rôle comme radio-sensibilisants dans le traitement de cancer par hadronthérapie. Le nouveau dispositif développé dans ce cadre consiste en une source d'agrégats de type magnétron, d'une chambre de dépôt afin de permettre la caractérisation de la taille des nanoparticules neutres par analyse microscopique, et d'un spectromètre de masse par temps de vol capable de détecter des systèmes positivement chargés jusqu'à une masse de 50 000 ua. Les études de collisions ont été réalisées avec des agrégats de Bi (2 nm ; 200 atomes) et de Ag (6 nm ; 5000 atomes). Dans le deux cas, le processus de capture multiélectronique crée un système multichargé. Dans le cas du Bi, une grande partie fragmente par la fission asymétrique émettant des petits fragments. Dans le cas des particules plus grandes (Ag), les systèmes multichargés ne fragmentent pas, par contre des petits fragments sont aussi observés mais ils sont le produit de la pulvérisation de la nano-surface lors de collisions pénétrantes. En perspective, des expériences seront réalisées avec des nanoparticules métalliques fonctionnalisées ainsi que le comptage des électrons émis lors de la collision
This thesis presents a study of the interaction of multiply charged ions with metallic nano-sized particles both in the context of fundamental processes and possible applications as radiosensitizers in nanoparticle-enhanced hadrontherapy. For this purpose a new experimental set-up has been constructed based on a magnetron-discharge cluster source, a deposition chamber for analyzing the size of neutral nanoparticles with AFM and TEM techniques and a time-of-flight mass spectrometer able to detect positively charged particles with masses up to 50 000 amu. Collision studies were performed with Bi clusters of 2nm in diameter, containing 200 atoms, as well as Ag nanoparticles (6 nm, 5000 atoms). In both cases multi-electron capture leads to the formation of multiply charged systems. In the Bi case a large fraction fragments by asymmetric fission emitting small singly charged fragments. In the case of large Ag nanoparticles multiply charged systems are stable. However, small size fragments are formed due to sputtering of the nano-surface in penetrating collisions. Future experiments will be performed with functionalized metal nanoparticles, aiming to count the number of electrons emitted after ion collisions

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Palazzolo, Alberto. "Development of new methods for the hydrogen isotope exchange catalyzed by metallic nanoparticles." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS276.

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Abstract:

Les composés marqués aux isotopes de l’hydrogène possèdent des nombreuses applications lors des phases précliniques de développement des médicaments. Par exemple, les composés deutérés sont utilisés comme étalons internes dans la quantification par LC-MS de métabolites alors que les molécules tritiées sont souvent des radiotraceurs de choix dans les études d’absorption, distribution, métabolisme et excrétion (ADME) moléculaire des candidats médicaments. Après une brève introduction, un premier chapitre discutera du développement d’une méthode douce et sélective, catalysée par des nanoparticules de ruthénium, qui permet d’effectuer le marquage en une étape de bases azotées et de médicaments dérivés. En changeant le ligand qui stabilise le nanocatalyseur, on a réalisé des échanges isotopiques compliqués tels que des tritiations en utilisant une pression sous-atmosphérique de tritium gaz et des deutérations d’oligonucleotides sensibles. Le chapitre suivant décrira la modification des catalyseurs commerciaux à base de ruthénium grâce à la coordination de carbènes N-hétérocycliques (NHCs). La modification assure une régio- et une chimiosélectivité améliorées lors de la deutération d’alcools aliphatiques. Certains des catalyseurs modifiés ont permis l’échange hydrogène/deutérium sur des molécules, particulièrement sensibles à la réduction, qui n’ont pas pu être isolées en utilisant le catalyseur commercial. Dans le dernier chapitre, la synthèse et l’évaluation de l’activité catalytique des nanoparticules à base d’iridium seront discutées. Ces nanocatalyseurs ont démontré une réactivité intéressante dans le marquage des composés complexes. Dans certains cas, les nanoparticules d’iridium ont permis l’incorporation de deutérium sur des positions inhabituelles en comparaison avec d’autres réactions d’échange isotopique déjà décrites
Hydrogen isotopes labelled compounds possess a broad range of application in the early pre-clinical phases of drug development process. For instance, deuterated compounds are applied as internal standard in quantitative LC-MS techniques while tritiated molecules are often the preferred radioactive tracers for the study of molecular absorption, distribution, metabolism and excretion (ADME). After a brief introduction, a first chapter will discuss the development of a mild and selective method to perform late stage labelling of variously functionalized nucleobases and drug analogues catalyzed by ruthenium nanoparticles. By changing the ligand which stabilizes the nanocatalyst, we achieved challenging isotopic exchanges such as tritiations of pharmaceuticals using subatmospheric pressure of tritium gas and deuteration of sensible oligonucleotides. The next chapter will describe the modification of commercially available ruthenium nanocatalysts via the coordination of N-Heterocyclic carbenes (NHCs). The modification granted enhanced regio and chemoselectivity for the deuteration of aliphatic alcohols. Some of the modified ruthenium catalysts allowed the hydrogen/deuterium exchange on easily reducible compounds which were not obtainable using the unmodified commercial catalyst. The final chapter will discuss the synthesis and the evaluation of the catalytic activity of iridium nanoparticles. The latter, showed an interesting reactivity for the labelling of challenging substrates. In some of the investigated compounds, IrNps were able to introduce deuterium with unusual regioselectivities compared to already described hydrogen isotope exchange reactions

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Mansour, Yehia. "Études théorique et expérimentale de la formation des nanoparticules métalliques par ablation laser en milieu liquide. Modélisations des propriétés optiques et thermiques de l'interaction Laser-Nanoparticules." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0283.

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Abstract:

Les nanoparticules (NPs) de métaux nobles sont le siège d’un phénomène de résonance plasmon de surface résultant de l’oscillation collective de leurs électrons de conduction sous l’effet d’une onde électromagnétique. Dans le cas de NPs d’or et l’argent, la fréquence de résonance est située dans visible ce qui confère à ces NPs plasmoniques des propriétés optiques uniques. En particulier, la position et l’intensité de la bande de résonance plasmon peuvent varier en fonction de leur taille, leur forme (rapport d'aspect) et de l'indice du milieu hôte. Les possibilités d’applications nécessitent des échantillons purs et de distribution mono disperse. La synthèse des NPs par voie chimique permet de contrôler dans une certaine mesure la forme et la taille des NPs. Elle nécessite cependant l’utilisation d’agents stabilisants qui mènent à une contamination de surface par les résidus de synthèse. Pour limiter cet inconvénient, la technique physique d’ablation laser en milieu liquide est une alternative prometteuse qui souffre cependant d’un manque de contrôle de la forme et de la taille des NPs produites. La forme et la taille des NPs élaborées par ablation laser en milieu liquide (ALML) sont étroitement liées aux trois étapes essentielles du processus : Interaction cible/laser ; Transport de masse ; Interaction laser/NPs en suspension dans le liquide. Afin d’appréhender les mécanismes régissant chacune de ces étapes, il est nécessaire de les étudier séparément. Dans ce travail, nous nous sommes focalisés sur les mécanismes d’interaction entre le faisceau laser et les NPs en suspension dans le liquide. Suivant la densité d’énergie absorbée par les NPs en suspension, celles-ci subissent la fragmentation ou le remodelage. Par la suite nous avons étudié les mécanismes à l’origine du phénomène de la fragmentation. L’évolution de la distribution de forme des NPs lors de la fragmentation des NPs a été étudiée en développant une technique originale et quantitative de spectroscopie optique in-situ. De même, l’évolution de la fraction volumique des NPs au cours de leur élaboration par ALML par spectroscopie optique in-situ est obtenue et analysée. En parallèle aux travaux expérimentaux, nous avons développé des modèles théoriques pour la compréhension des mécanismes de formation des nanoparticules métalliques par ablation laser en un milieu liquide. Une autre étude approfondie sur la modélisation des propriétés optiques et thermiques de l'interaction Laser-Nanoparticules est discutée dans cette thèse. Un modèle thermique de Takami modifié nommé MTM (Modified Takami Model) a été également introduit. Son utilité importante a été démontrée pour l’interprétation des mécanismes de l’interaction laser-NPs
Noble metal nanoparticles (NPs) are the site of a surface plasmon resonance phenomenon resulting from the collective oscillation of their conduction electrons under the effect of an electromagnetic wave. In the case of gold and silver NPs, the resonant frequency is in the visible range, which gives these plasmonic NPs unique optical properties. In particular, the position and intensity of the plasmon resonance depend on their size, shape (aspect ratio) and the index of the host medium. The possible applications require pure samples and mono-dispersed distribution. The chemical synthesis of NPs allows the shape and size of NPs to be controlled. However, it requires the use of stabilizing agents, which lead to surface contamination by synthetic residues. To limit this disadvantage, the physical technique of laser ablation in a liquid medium is a promising alternative, which, however, suffers from a lack of control over the shape and size of the NPs produced. The shape and size of NPs produced by liquid laser ablation (ALML) are closely related to the three essential steps of the process: Target / laser interaction; Mass transport; Laser / NPs interaction suspended in the liquid. In order to understand the mechanisms governing each of these stages, it is necessary to study them separately. In this work, we focused on the mechanisms of interaction between the laser beam and the NPs suspended in the liquid. Depending on the energy density absorbed by the suspended NPs, they undergo fragmentation or remodeling. We then studied the mechanisms behind the phenomenon of fragmentation. The evolution of the shape distribution of NPs during NP fragmentation was studied by developing an original and quantitative technique of in-situ optical spectroscopy. And, the evolution of the volume fraction of NPs during their preparation by ALML by in-situ optical spectroscopy is obtained and analyzed. In parallel with the experimental work, we have developed theoretical models for understanding the mechanisms of formation of metallic nanoparticles by laser ablation in a liquid medium. A modest study on the modeling of optical and thermal properties of the Laser-Nanoparticle interaction is discussed in this thesis. A modified Takami thermal model named MTM was also presented. Its important utility has been demonstrated for mechanisms for the interpretation of the mechanisms of laser-NPs interaction

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Vernier, Charles. "Étude de nanocristaux métalliques anisotropes par spectroscopies optique et vibrationnelle." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. https://theses.hal.science/tel-04829448.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse à la caractérisation spectroscopique (optique et vibrationnelle) et par microscopie électronique de nanoparticules métalliques. Tout d'abord, des populations de nanoparticules à faible distribution de taille sont fabriquées par voie chimique selon l'état de l'art. Ces nanoparticules (nanocubes d'argent, nanobâtonnets d'or, nanobâtonnets cœur-coquille or-argent) sont caractérisées par TEM et HRTEM. Les propriétés optiques des nanoparticules sont étudiées par spectroscopie d'absorption UV-visible-NIR et les paramètres structuraux (taille, forme, composition) influençant leur résonance de plasmon de surface localisé sont modélisés par des calculs numériques effectués avec l'approximation des dipôles discrets. L'effet d'élargissement spectral du plasmon de surface localisé longitudinal avec la distribution de rapport d'aspect d'une population de nanobâtonnets d'or est prouvé. La taille finie des nanoparticules a aussi pour conséquence le confinement d'ondes acoustiques. Cet effet est étudié par spectroscopie Raman basse fréquence. Les ondes acoustiques confinés dans les nanoparticules s'avèrent dépendre de la forme des nanoparticules, de leur taille et surtout de leur structure cristalline. Les spectres Raman basse fréquence d'objets de taille et de forme similaires mais de structure cristalline différente (nanobâtonnets d'or monocristallins et nanobâtonnets d'or polycristallins) s'avèrent radicalement différents : le mode quadrupolaire isotrope des polycristaux est scindé en deux modes pour les monocristaux. Enfin, cette thèse apporte des données expérimentales précieuses aux groupes qui tentent de calculer les spectres Raman basse fréquence de nanoparticules métalliques anisotropes en prenant en compte le couplage acousto-plasmonique
We use both electronic microscopy and spectroscopic methods (optical and vibrationnal) to caracterize metallic nanoparticles. Nanoparticules with a narrow size dispersion were synthesized according to state of the art protocols. These nanoaprticles (silver nanocubes, gold nanorods, gold-core silver-shell nanoarods) were first caracterized by TEM and HRTEM. The optical properties of these nanoparticles were studied by UV-visible-NIR absorption spectroscopy and the parameters influencing their localized surface plasmon resonance (size, shape, composition) were studied and compared with numerical calculations by discrete dipole approximation. The broadening of the longitudinal localized surface plasmon of gold nanorods due to the aspect ratio distribution is shown. Nanoparticules also confine acoustic waves. This effect is studdied by low frequency Raman scattering. Confined acoustic waves depend on the size, the shape and most importantly on the cristallinity of the nanoparticules. Low frequency Raman spectra of nanoparticles of similar size and shape but of varying cristallinity (monocristalline gold nanorods and polycristalline gold nanorods) are completely different : the quadrupolar mode of the polycristals is split into two modes for the monocrystals. Finally, this work brings experimental data to groups who try to model low frequency Raman spectra of anisotropic nanoparticles and take into account acousto-plasmonic coupling

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Mazzucco, Stefano. "Mapping localized surface plasmons at the nanometer scale in complex-shaped sub-wavelength metallic nanoparticles." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112367.

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Abstract:

Cette thèse présente une étude en spectroscopie de perte d'énergie d'électron (EELS) de plasmons de surface localisés (LSPs) dans des nanoparticules d'argent et d'or et le résultat du développement d'un détecteur de cathodoluminescence (CL) dans un microscope électronique à balayage en transmission (STEM). L'EELS dans un STEM (STEM-EELS) permet d'étendre notre connaissance des LSPs en dépassant les limites des techniques optiques. Nous avons montré comment la forme, le type de matériaux et la taille d'une nanoparticule affecte énormément le comportement des LSPs en déterminant l'énergie et le nombre de résonances LSP ainsi qu'en déterminant leurs interactions mutuelles. Nous avons également démontré que la CL dans un STEM peut être utilisée avec succès pour combiner une haute résolution spatiale et spectrale pour l'étude des nanoparticules
This thesis presents the outcome of the study of Localised Surface Plasmons (LSPs) on silver and gold nanoparticles with Electron Energy-Loss Spectroscpy (EELS) and of the development of a cathodoluminescence (CL) detector integrated with a scanning transmission electron microscope (STEM). STEM-EELS can extend the knowledge of LSPs by overcoming the limitations of optical techniques. We showed how the shape, material and size of a nanoparticle affect dramatically the behaviour of LSPs by determining the energy and number of LSP resonances as well as whether they interact with one another or not. We also demonstrated that a STEM-CL detector can be sucessfully used to combine high spatial resolution with high energy resolution for the study of nanoparticles

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Doumandji, Zahra. "Identification de marqueurs d’exposition et d’effets de nanoparticules métalliques sur modèle in vitro." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0067.

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Abstract:

En conséquence de l'extension de l’utilisation des nanoparticules dans différents secteurs industriels, le nombre de travailleurs potentiellement exposés ne cesse de croître, sans parfaitement connaître les propriétés toxicologiques de ces matériaux. Étant donné que les nanoparticules peuvent se trouver en suspension dans l’atmosphère professionnelle, l'inhalation représente une voie d'exposition professionnelle majeure. De ce fait, l’évaluation des risques liés à l’exposition aux nanomatériaux requiert d’entreprendre des études de toxicologie sur des modèles cellulaires des voies aériennes. Dans ce manuscrit, les réponses cellulaires et moléculaires des macrophages alvéolaires de rat (NR8383) exposés à des nanoparticules d’oxydes métalliques : ZnO, ZnFe2O4, NiZnFe2O4, Fe2O3, TiO2-NM105 et TiO2-NRCWE001, ont été étudiées, en combinant des analyses toxicologiques classiques (caractérisation des nanoparticules par microscopie électronique à transmission et par diffusion dynamique de la lumière, évaluation de la cytotoxicité par tests WST-1 et libération de LDH); et de criblage moléculaire à haut débit (analyses de transcriptomique et de protéomique). Des cellules NR8383 ont été exposées aux nanoparticules ZnO, ZnFe2O4, NiZnFe2O4, Fe2O3, TiO2-NM105 et TiO2-NRCWE001 pendant 24 h ce qui a permis de déterminer une dose sub-toxique pour chaque nanoparticule à laquelle les macrophages ont été exposés pour l’analyse moléculaire. Quatre heures suite à l’exposition des cellules aux nanoparticules, de nombreux gènes et protéines étaient différentiellement exprimés. Le stress oxydant était la réponse biologique adverse suite à l’exposition des cellules aux nanoparticules composées de zinc. En revanche, l’inflammation était la principale voie activée dans les cellules exposées à la forme anatase et rutile des nanoparticules de TiO2. En conclusion, cette étude expose les « empreintes biologiques » des deux groupes de nanoparticules d’intérêt. Enfin, notre étude combinée à des travaux antérieurs de la littérature pourraient aussi être profitables pour valider les biomarqueurs d’exposition et d’effets aux nanomatériaux suggérés afin de prédire les effets biologiques adverses
As a consequence of the extension of the use of nanoparticles in different industrial sectors, the number of potentially exposed workers continues to grow, without fully knowing the toxicological properties of these materials. Since nanoparticles can be aerosolized in the occupational atmosphere, inhalation is the major occupational exposure route. For this reason, risk assessment of exposure to nanomaterials requires toxicology studies to be conducted on cellular models of the airways. In this manuscript, the cellular and molecular responses of rat alveolar macrophages (NR8383) exposed to metallic oxide nanoparticles: ZnO, ZnFe2O4, NiZnFe2O4, Fe2O3, TiO2-NM105 and TiO2-NRCWE001, were studied, combining conventional toxicological analyzes (characterization of nanoparticles by transmission electron microscopy and dynamic light scattering, evaluation of cytotoxicity by WST-1 assays and LDH release); and high throughput molecular screening (transcriptomic and proteomic analyzes). NR8383 cells were exposed to the ZnO, ZnFe2O4, NiZnFe2O4, Fe2O3, TiO2-NM105 and TiO2-NRCWE001 nanoparticles for 24 h which allowed for the determination of a sub-toxic dose for each nanoparticle to which the macrophages were exposed for molecular analysis. Four hours after exposure NR8383 to nanoparticles, many genes and proteins were differentially expressed. Oxidative stress was the adverse biological response following exposure of cells to nanoparticles composed of zinc. In contrast, inflammation was the main activated pathway in cells exposed to the anatase and rutile form of TiO2 nanoparticles. In conclusion, this study exposes the "biological fingerprints" of the two groups of nanoparticles of interest. Finally, our study, combined with previous literature studies, could also be beneficial in validating biomarkers of exposure and effects of nanomaterials suggested in order to predict adverse biological effects

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Vandenhecke, Ellick. "Nanostructuration de surfaces diélectriques par pulvérisation ionique pour guider la croissance de nanoparticules métalliques." Thesis, Poitiers, 2014. http://www.theses.fr/2014POIT2272/document.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'une part de comprendre et contrôler la formation de rides périodiques nanométriques produites par pulvérisation ionique de films minces diélectriques. D'autre part, ces surfaces nanostructurées sont utilisées pour guider la croissance et l'organisation de nanoparticules d'argent. Ces systèmes anisotropes sont caractérisés par une position spectrale de la résonance plasmon de surface dépendant de la polarisation de la lumière incidente. Nous étudions d'abord par AFM et GISAXS l'influence des conditions de pulvérisation (angle d'incidence et énergie des ions, température, flux, fluence) sur la morphologie des rides (période, amplitude, ordre, ...). Les paramètres pertinents pour le contrôle de la morphologie sont identifiés ainsi qu'une partie des mécanismes physiques mis en jeu. Ensuite, nous étudions par HAADF-STEM l'influence des conditions de croissance (angle d'incidence du flux métallique, degré d'organisation des rides) sur les propriétés structurales des nanoparticules d'argent. Nous montrons que la croissance préférentielle des nanoparticules le long des rides est favorisée par des effets d'ombrage, ce qui conduit à la formation de chaînes linéaires de même période que les rides sous-jacentes et au sein desquelles les nanoparticules sont plus ou moins alignées et allongées. Cela se traduit par une anisotropie optique en champ lointain variable due à la polydispersité des distances interparticules (inférieures à quelques nanomètres) ainsi que des phénomènes de couplage en champ proche plus ou moins importants. Ces structures peuvent trouver des applications en spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS)
On the one hand, the aim of this work is to understand and control the formation of periodic nanometric ripples produced by ion sputtering of dielectric thin films. On the other hand, these nanostructured surfaces are used to guide the growth and organization of silver nanoparticles. These anisotropic systems are characterized by a surface plasmon resonance whose spectral postion is dependent on the polarization of the incident light. We first study the influence of different ion beam sputtering parameters (the ions incidence angle and energy, temperature, energy, flux, fluence) on the ripple morphology (period, amplitude, order, ...) by AFM and GISAXS. The relevant parameters for the control of the ripple morphology are identified as well as some of the physical mechanisms involved. Then, we study the influence of the growth conditions on the structural properties of the nanoparticles (metal deposition angle, ripples pattern quality) by HAADF-STEM. We show that the preferential growth along the ripples is promoted by shadowing effects, thus leading to the formation of linear chains with period similar to the underlying ripples and with more or less elongated and aligned nanoparticles. This results in a far-field tunable optical anisotropy arising from polydisperse interparticle gaps (less than a few nanometers) as well as from more or less strong near-field coupling phenomena. These structures could offer potential for surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) applications

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Soulmi, Nadia. "Mise au point de nouveaux procédés d'élaboration en milieu liquide ionique de nanomatériaux à base d'étain en vue de leur utilisation comme électrode négative de batterie Li-ion." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066520/document.

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Abstract:

L’étain est une alternative privilégiée en remplacement du carbone graphite comme matériau d’électrode négative dans les batteries Li-ion en raison de son importante capacité théorique spécifique massique de 993 mAh.g-1. Toutefois son expansion volumique lors sa lithiation conduit à sa dégradation au cours du cyclage, diminuant la durée de vie du matériau. Pour pallier à sa pulvérisation, l’utilisation de l’espace inter-granulaire via la nanostructuration du matériau est complétée par l’adjonction d’une matrice carbonée ou d’un autre élément inactif vis-à-vis de la lithiation (utilisation d’alliages intermétalliques). L’objectif de ce travail porte sur l’élaboration de nouveaux procédés de synthèse de nanoparticules d’étain et d’alliage étain-cuivre en milieu liquide ionique. Des nanoparticules de Sn de taille variant de 7 à 45 nm, selon la combinaison cation-anion du liquide ionique et à partir de différents sels métalliques, ont été synthétisées, ainsi qu’un nano-alliage, le composé Cu6Sn5. La taille des nanoparticules est liée à la nature de l’anion bien que le cation présente une interaction privilégiée avec la surface métallique des nanoparticules. Isolées du liquide ionique, les nanoparticules de Sn et Cu6Sn5 montrent une architecture de type cœur-coquille avec un cœur cristallin métallique ou intermétallique et une coquille amorphe d’oxydes d’étain. Les nanoparticules de type Sn@SnOx présentent une capacité spécifique élevée supérieure à 950 mAh.g-1, mettant en lumière un mécanisme de conversion réversible du SnOx surfacique, et celle du nano-alliage Sn-Cu@SnOx est proche de la capacité attendue pour un mécanisme d’alliage, à plus de 530 mAh.g-1
Tin is a promising alternative to replace graphite carbon as a negative electrode material in Li-ion batteries due to its high specific theoretical mass capacity of 993 mAh.g-1. However, change in volume during lithiation leads to its mechanical degradation during the cycling, and consequently very short life of the material. To overcome this issue, the use of the intergranular space via the nanostructuration of the material combined by the addition of a carbon matrix or other inactive element vs. lithium (intermetallic alloys), which buffers drastically the volume expansion during the lithium alloying process, is employed. The aim of this work is to develop new processes for the synthesis of tin nanoparticles and tin-copper alloys in ionic liquid medium. Sn nanoparticles varying in size from 7 to 45 nm were synthesized, according to the cation-anion combination of the ionic liquid and from different metallic salts, as well as a nano-alloy compound, Cu6Sn5. The size of the nanoparticles is directly related to the nature of the anion although the cation has a privileged interaction with the metal surface of the nanoparticles. Once isolated from the ionic liquid, Sn and Cu6Sn5 nanoparticles have a core-shell architecture with a metallic or intermetallic crystalline core and an amorphous shell of tin oxides. A reversible conversion mechanism of the SnOx from the shell is highlighted for Sn@SnOx nanoparticles, with a high specific capacity of approximately 950 mAh.g-1. Sn-Cu@SnOx nano-alloys have a capacity close to the theoretical for an alloy mechanism at more than 530 mAh.g-1

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Fu, Xingjie. "Synergy between photoswitchable fluorescent proteins and metallic nanoparticles : a combination of theoretical and experimental studies at ensemble and single particle level." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. https://pepite-depot.univ-lille.fr/ToutIDP/EDSMRE/2023/2023ULILR070.pdf.

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Abstract:

Les protéines fluorescentes réversiblement commutables (RSFP), caractérisées par une photocommutation d'un état non fluorescent (Off) à un état fluorescent (On), sont des outils précieux pour une variété d'applications en imagerie biologique, en particulier dans les microscopies de fluorescence super-résolues tel que le RESOLFT. Les propriétés photochromiques et photophysiques des RSFP, telles que les coefficients d'extinction molaire, le rendement quantique de fluorescence, la récupération thermique et le rendement quantique de photocommutation, sont essentielles car elles définissent le contraste de commutation et la résolution maximale théorique, et elles sont également liées à la luminosité, au contraste des images et à la vitesse d'acquisition des images dans ces microscopies. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la rsEGFP2 qui est une RSFP particulière utilisée en RESOLFT. Alors que la mutation ciblée ou aléatoire est la technique générale pour moduler les propriétés des RSFP, cette thèse démontre qu'en utilisant l'effet plasmonique, il est possible de modifier et d'optimiser les propriétés photophysiques de la rsEGFP2. Dans la littérature il existe une grande divergence en ce qui concerne les valeurs de fluorescence et de rendement quantique de commutation de rsEGFP2. Nous avons tout d'abord déterminé la dépendance de la fluorescence et du rendement quantique de commutation par rapport à la température pour rsEGFP2. Pour le rendement quantique de commutation, nous avons développé une nouvelle expérience économique pour suivre l'évolution de l'absorbance à différentes températures sous irradiation continue. En tenant compte pour la première fois de l'ensemble des paramètres influents (rendement de commutation, constantes de retour thermique, coefficient d'extinction de toutes les espèces absorbantes) et avec une évaluation précise de la marge d'erreur, nous avons déterminé les valeurs du rendement quantique de commutation On-to-Off et Off-to-On à des températures spécifiques. Nous avons constaté qu'à 37°, le retour thermique a un impact important sur les valeurs de rendement quantique. En outre, les rendements quantiques de la photocommutation On-to-Off et Off-to-On dépendent de la longueur d'onde d'irradiation et de la température, tandis que le rendement quantique de la fluorescence diminue d'environ 30 % par rapport à la température ambiante. Par conséquent, nous proposons un nouveau schéma photodynamique avec deux espèces différentes à l'état fondamental, une espèce non émissive qui contrôle la commutation On-to-Off et une espèce émissive qui contrôle la luminosité. Nous avons également calculé la dépendance de la taille et de la forme des propriétés plasmoniques de nanoparticules d'or et d'argent afin de trouver les bons candidats pour moduler la fluorescence et le rendement quantique de commutation de rsEGFP2. Le facteur clé réside dans leurs différentes propriétés de diffusion et d'absorption. Nous avons donc synthétisé des nanoparticules d'argent et des nanobatônnets d'or de 100 nm de diamètre. L'argent donne une bande SPR à 450 nm tandis qu'elle est à 540 nm pour l'or. Des études de ces nanoparticules seules ou intégrées dans un polymère (PVA) contenant le rsEGFP2 ont été réalisées. À l'aide d'un microscope FLIM, nous avons mesuré les traces temporelles d'intensité et la durée de vie de la rsEGFP2 à proximité et à distance des nanoparticules métalliques pour examiner l'effet plasmonique. Nous avons constaté que le contraste de commutation et la luminosité de la rsEGFP2 peuvent être améliorés par les nanoparticules d'argent, alors qu'aucune modification significative n'a été observée dans le cas de l'or, ce qui peut s'expliquer par le calcul du rapport entre les sections transversales de diffusion et d'absorption de la diffusion et de l'absorption. Dans l'ensemble, nos résultats ouvrent une nouvelle voie pour contrôler les propriétés photophysiques des RSFP pour l'imagerie à super-résolution
Reversibly switchable fluorescent proteins (RSFP), characterized by a photo-switching from a non-fluorescent (Off) to a fluorescent (On) state, are valuable tools to a variety of applications in biological imaging especially in super-resolved fluorescence microscopies. The photochromic and photophysical properties of RSFPs such as molar extinction coefficients, fluorescence quantum yield, thermal back recovery and photo-switching quantum yield are essential as they impose the switching contrast and theoretical maximum resolution, and they are also linked to the brightness, contrast of images and imaging acquisition speed in these microscopies. In this thesis we focus on rsEGFP2 which is a peculiar RSFP used in the reversible saturable optical fluorescence transition (RESOLFT) method, a super-resolved microscopy technique that allows significant reduction in the illumination intensities and in photobleaching. While targeted or random mutation is the general technique to modulate properties of RSFPs, this thesis is demonstrating that using plasmonic effect and enhancement of electromagnetic field of specific metal nanoparticles, it is possible to change and optimize the photophysical properties of rsEGFP2. In literature, there is a large discrepancy about fluorescence and switching quantum yield values of rsEGFP2. In addition, these values are usually given at room temperature, which are different from the temperature setting for in-vivo studies. Therefore, we firstly determined the temperature-dependence of fluorescence and switching quantum yield temperature-dependence for rsEGFP2. For the switching quantum yield we developed a new budget-friendly experiment to follow the evolution of absorbance at different temperature under continuous irradiation. Taking into account for the first time the full set of influencing parameters, i.e., dependence of switching yield on irradiation wavelengths, influence of the thermal back recovery rate constants, the extinction coefficient of all absorbing species, and with an evaluation of robustness and error propagation, we determined On-to-Off and Off-to-On switching quantum yield values under specific temperatures. We found that at 37° the thermal recovery has a strong impact on the determination of the quantum yield values. Moreover, the photo-switching quantum yields in both On-to-Off and Off-to-On directions is dependent on irradiation wavelength and on temperature dependent with varied degrees, while the fluorescence quantum yield decrease about 30% in comparison to room temperature. Therefore, we propose a new photodynamics scheme with two different On-state ground state species, i.e., a non-emissive one that controls the On-to-Off switching and an emissive one the brightness. Then, we calculated the size and shape dependence of the plasmonic properties of gold and silver nanoparticles to find the good candidate for modulating fluorescence and switching quantum yield. The key factor behind the different outcomes by plasmonic nanoparticles lies in their different scattering and absorption properties. Based on the simulation, we synthesized 100 nm diameter silver nanoparticle and gold nanorods. The silver nanoparticle has a SPR band at 450 nm while it is at 540 nm for the gold ones. Preliminary studies of these nanoparticle alone or embedded within a polymer (PVA) containing rsEGFP2 were performed. Using a FLIM microscope, we measured the intensity time traces and lifetime of rsEGFP2 near and away from metallic nanoparticles to examine the plasmonic effect. We found that both switching contrast and the brightness of rsEGFP2 could be improved by silver nanoparticles, while no significant modification of rsEGP2 properties was observed in the case of gold nanorods which can be explained with the calculation of ratio between the scattering and absorption cross sections. Altogether our results open a new way to control RSFPs photophysical properties for super-resolution imaging

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Yazidi, Senda. "Structure et propriétés optiques de nanoparticules couplées : application à la spectroscopie Raman exaltée de surface." Thesis, Poitiers, 2018. http://www.theses.fr/2018POIT2279/document.

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Abstract:

Ce travail vise à utiliser des surfaces d'alumine nanostructurées pour guider la croissance et l'organisation de particules métalliques (Ag, Au et AgxAu1-x), et à les tester en tant que substrats SERS-actifs robustes et réutilisables. Nous avons utilisé la spectrophotométrie pour la caractérisation des propriétés optiques résultantes, l'ellipsométrie spectroscopique pour l'extraction des indices optiques et la microscopie électronique en transmission pour les caractérisations structurales. La diffusion Raman exaltée de surface (SERS) a été utilisée pour la détection de molécules de bipyridine adsorbées sur la surface des échantillons, en collaboration avec l’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes. Nous étudions d'abord des systèmes de nanoparticules monométalliques et bimétalliques afin de comprendre les modes de croissance de telles assemblées. Nous montrons que des arrangements différents de nanoparticules bimétalliques sont obtenus selon la séquence de dépôt utilisée et qu'un alliage est obtenu à l'issue de recuits ex situ sous vide. Les propriétés optiques en champ proche et lointain de nanoparticules d'alliage AgxAu1-x noyées dans une matrice d'Al2O3 sont comparées numériquement à celles des métaux purs, par la méthode de calcul des différences finies dans le domaine temporel. Les résultats indiquent que l’amplification du champ pour les nanoparticules de métal pur est plus élevée que pour les nanoparticules d’alliage. Enfin, les expériences SERS menées sur un système dichroïque de nanoparticules d’Ag plus ou moins couplées montrent que l'on peut obtenir un signal SERS intense avec des nanoparticules recouvertes
The aim of this work is to use nanostructured alumina surfaces to guide the growth and to optimize the organization of metallic particles (Ag, Au and AgxAu1-x), and to test those systems as reusable SERS-active substrates. We used spectrophotometry to characterize the resulting optical properties, spectroscopic ellipsometry for the determination of the optical index and transmission electron microscopy for the structural characterizations. Surfaced-enhanced Raman spectroscopy (SERS) was used for the detection of adsorbed bipyridine molecules on the sample surface, in collaboration with the Institut des Matériaux Jean Rouxel at Nantes. We first study systems consisting of monometallic and bimetallic nanoparticles in order to understand the growth modes of such particle assemblies. A particular attention is paid to the influence of the sequential deposition of Au and Ag on the structural and optical properties. We show that different arrangements of bimetallic nanoparticles are obtained according to the deposition sequence used and that an alloy is obtained after ex situ annealing under vacuum. The near-field and far-field optical properties of AgxAu1-x nanoparticle alloys embedded in an alumina matrix are compared numerically by the finite difference time domain method, with those of pure metal nanoparticles. Our results indicate that pure metal nanoparticles exhibit a greater field enhancement than alloy nanoparticles. Finally, SERS experiments conducted with a dichroic system made of coupled Ag nanoparticles show that an intense SERS signal can be obtained with coated nanoparticles

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Dedeh, Amina. "Impact d'un sédiment dopé aux nanoparticules d'or ou de sulfure de cadmium sur un invertébré et un poisson d'eau douce." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0068/document.

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Abstract:

Le but de cette thèse était de déterminer l’impact de deux types de nanoparticules métalliques (sulfure de cadmium – CdS - et or - Au) sur deux organismes aquatiques modèles (vers tubifex et poisson zèbre Danio rerio). L’approche a consisté à doper le sédiment de la Garonne avec les deux types de nanoparticules et caractériser l’effet de cette contamination sur les deux organismes en utilisant plusieurs marqueurs à différents niveaux d'organisation biologique (réponses biochimiques, activité de neurotransmission, génotoxicité, expression génétique et activité de bioturbation). Les effets ont été évalués après exposition aux sédiments contaminés dans des systèmes expérimentaux de types microcosmes durant une vingtaine de jours. Dans un certain nombre de cas, ce travail a révélé un effet des nanoparticules qui n’était pas dû au métal mais aux propriétés nanoparticulaires. En effet, dans le cas des nanoparticules de CdS, nous avons observé des altérations du génome ainsi que la modification de l’activité de bioturbation des vers tubifex en réponse à la contamination aux nanoparticules mais pas à celle de la forme ionique. Dans ce travail nous avons pu observer le relargage des nanoparticules d’or depuis le sédiment vers la colonne d’eau, et sa biodisponibilité potentielle pour les poissons. Ces nanoparticules provoquaient des altérations de l’ADN chez les deux organismes, la modification de l’expression de certains gènes et l’augmentation de l’activité de l’acétylcholinestérase chez le poisson zèbre. Les résultats de bioturbation n’ont pas montré d’effets des nanoparticules d’or sur le mouvement des vers
The aim of this thesis was to determine the impact of two types of metal nanoparticles (cadmium sulphide - CdS - and gold - Au) on two aquatic models (tubifex worms and zebrafish Danio rerio). The approach has been to dope the Garonne sediment with the two types of nanoparticles and characterize the effect of this contamination on the two animals using multiple markers at different levels of biological organization (biochemical responses, neurotransmission activity, genotoxicity, gene expression and bioturbation activity). The effects were evaluated after exposure to contaminated sediment in experimental microcosms systems for twenty days. In a number of cases this work revealed an effect of the nanoparticles that was not due to metal but to the nanoparticulate properties. Indeed, in the case of CdS nanoparticles, we observed alterations in the genome as well as the modification of the bioturbation activity of worms tubifex in response to the contamination of nanoparticles but not to that of the ionic form. In this work we observed the release of gold nanoparticles from the sediment into the water column, and its potential bioavailability to fish. These nanoparticles were causing DNA damage in both organisms, modifying the expression of certain genes and increased acetylcholinesterase activity in zebrafish. Bioturbation results showed no effects of gold nanoparticles on the movement of worms

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Juvé, Vincent. "Spectroscopie linéaire et ultra-rapide de nanoparticules métalliques : de l’ensemble au nano-objet individuel." Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10163/document.

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Abstract:

En passant de l’état massif à la nanoparticule les matériaux métalliques voient certaines de leurs caractéristiques modifiées de manière notable comme par exemple les propriétés optiques avec l’apparition d’une résonance dans le spectre optique, la Résonance Plasmon de Surface Localisée (RPSL) responsable du changement de couleur des nanoparticules métalliques. Les propriétés vibrationnelles et thermiques de nanoparticules métalliques ont été étudiées à l’aide d’une technique de Spectroscopie Femtoseconde. Nous avons montré qu’il était possible d’exciter et de détecter optiquement des fréquences de vibrations mécaniques dans le domaine térahertz pour des nanoparticules de platine composées de moins de cent atomes. D’autre part l’augmentation des effets dus aux interfaces a été mis en évidence sur les propriétés thermiques de nanoparticules d’or et d’argent. La résistance thermique à l’interface, résistance de Kapitza, voit son rôle augmenter lors du transfert thermique à l’échelle nanométrique. Une corrélation entre les valeurs mesurées et les impédances acoustiques des matériaux composants les interfaces a été mise en évidence. Nous avons aussi montré qu’elle augmente quand la température diminue de 300K à 70K. Les propriétés optiques de nanoparticules non sphériques ont été étudiées à l’aide de la Spectroscopie à Modulation Spatiale. Cette technique a permis de repérer puis de caractériser des nano-bâtonnets d’or individuels. Nous avons montré que la largeur spectrale de la RPSL est fortement dépendante de la géométrie des nanoparticules (diamètre et longueur). Cette double dépendance n’est pas prédite par les modèles classiques ou quantique existants
The size reduction of metals, from bulk to nanoparticles, induces significant modifications of their properties. For instance, the optical properties evolve and a new resonance, the localized surface plasmon resonance, appears in the optical spectrum and is responsible for the change of colors of metallic nanoparticles. This work is focused on studies of metals’ properties at the nanometric scale. In the first part, the vibrational and thermal properties are studied with a femtosecond spectroscopy technique. It is shown that it is possible to excite and detect optically vibrational frequencies in the terahertz domain by studying platinum nanoparticles formed by less than 100 atoms. The study of the thermal properties of the metallic nanoparticles (gold and silver) has shown that the boundary effect increases. This thermal boundary resistance, known as the Kapitza resistance, plays a dominant role in the heat transfer at the nanometric scale. A correlation between the experimental values of the thermal boundary resistance and the acoustic impedances of the boundary’s materials has been found. We have also shown that the Kapitza resistance is a decreasing function of the temperature in the 70-300K range. In the second part, the effect of the size reduction on the optical properties of non-spherical nanoparticles is observed. The Spatial Modulation Spectroscopy technique is used in order to locate and study individual gold nanorods. It is shown that the two geometrical parameters (the length and the diameter) of the nanorods influence the spectral linewidth of the localized surface plasmon resonance. This effect is not predicted by existing classical or quantum models

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Gu, Yingying. "Membranes polymères fonctionnalisées par des poly(liquide ionique)s et des nanoparticules de palladium : applications au captage de CO2 et aux membranes catalytiques." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30157/document.

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Abstract:

Des membranes supports en polymère ont été photo-greffées par des poly(liquide ionique)s (polyLIs) à base d'imidazolium. Les polyLIs permettent de séparer le CO2 d'autres gaz et de stabiliser des nanoparticules. Dans le cas du captage de CO2, les expériences montrent qu'une couche fine homogène de gel réticulé en polyLI gonflé par du liquid ionique (LI) est obtenue sur la surface de fibres creuses. Les fibres ainsi obtenues ont montré des perméances au CO2 plus élevées (600-700 GPU) que des membranes commerciales et des sélectivités de CO2/N2 comparables (13 et 17). Dans le cas de membranes catalytiques, des nanoparticules de palladium (NPPd) servant de catalyseur ont été immobilisées en forte concentration locale au sein d'une couche de polyLI greffée à la surface de membranes. La réactivité des membranes catalytiques a été testée en configuration de contacteur traversé sur différentes réactions (couplage croisé C-C, hydrogénation, etc). Une conversion totale est obtenue pour des temps de séjours de quelques secondes, sans aucun sous-produit formé. Comparée aux NPPd colloïdaux dans un réacteur en batch, la membrane catalytique accélère les réactions d'environ 2000 fois en terme de temps de réaction sans perte de NPPd; la sélectivité est aussi accrue. Le réacteur membranaire catalytique a été modélisé afin d'obtenir les profils de concentration et de température et une meilleure compréhension des performances obtenues. Les membranes catalytiques se révèlent isothermes et les constantes cinétiques sont calculées. Enfin, les capacités de production de ces membranes catalytiques à une échelle industrielle sont estimées à environ 3 t/(hm3) pour le couplage de Suzuki
Polymeric support membranes were modified via photo-grafting by poly(ionic liquid)s (polyILs), featuring in the capability to separate CO2 from other gases and to stabilize metallic nanoparticles (MNPs). For CO2 capture, a thin polyIL-IL gel layer was homogenously coated on support hollow fibers. The composite fibers show high CO2 permeance and reasonable CO2/N2 selectivity. For the catalytic membrane, palladium NPs were generated inside a grafted polyLI layer. Compared to colloidal palladium system in a batch reactor, the catalytic membrane, as a contactor membrane reactor, is more efficient in terms of reaction time (ca. 2000 times faster), selectivity and MNP retainability. Theoretical study on reactor modeling, concentration & temperature profiles, and production capacity was done for an overall understanding of the catalytic membrane

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Bakhti, Saïd. "Étude théorique des résonances plasmon de nanostructures métalliques et leur inscription lithographique par Microscopie à Force Atomique." Thesis, Saint-Etienne, 2014. http://www.theses.fr/2014STET4022/document.

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Abstract:

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit concerne d’une part l’étude théorique des résonances plasmon de nanoparticules métalliques, et d’autre part une étude expérimentale d’inscription de nanostructures métalliques basée sur l’utilisation d’un Microscope à Force Atomique. La partie théorique présente une nouvelle approche phénoménologique permettant l’analyse des modes de résonance propres de particules uniques ainsi que de leur couplage dans des structures simples. Des algorithmes numériques ont été développés afin d’extraire les différents paramètres phénoménologiques à partir du calcul rigoureux du champ diffusé par les particules. Cette méthodologie a été appliquée à divers cas allant de la particule unique à des réseaux à deux dimensions de particules. La partie expérimentale développe une méthode d’inscription de nanostructures métalliques basée sur une réduction électrolytique d’ions métalliques présents dans une couche de silice méso-poreuse, en appliquant une différence de potentiel entre une pointe AFM conductrice et le substrat conducteur supportant la couche. Des structures sont formées de part et d’autre de la couche de silice, avec la possibilité de commuter leur position par simple inversion du potentiel appliqué. De plus, il apparait que cette commutation est accompagnée de modifications dans la conductivité locale de la couche de silice. Une conséquence du processus d’inscription est la formation de filaments métalliques à l’extrémité des pointes AFM. En particulier, des filaments d’or sont obtenus avec des dimensions allant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres de long pour une épaisseur de quelques nanomètres
The thesis presented in this manuscript concerns firstly the theoretical study of plasmon resonances of metal nanoparticles, and also an experimental study metallic nanostructures inscription based on the use of an Atomic Force Microscope. The theoretical part presents a new phenomenological approach for analyzing the resonant modes of unique particles and their coupling in simple structures. Numerical algorithms have been developed to extract the phenomenological parameters from the rigorous calculation of the field scattered by the particles. This methodology has been applied to various cases from the single particle to two dimensional particle arrays. The experimental section develops a metallic nanostructures inscription method based on electrolytic reduction of metal ions in meso-porous silica thin film, by applying a voltage between a conductive AFM tip and the conductive substrate supporting the film. Structures are formed on both sides of the silica layer, with the possibility to switch their position by a simple reversal of the applied potential. Moreover, it appears that this switching is accompanied by changes in the local conductivity of the silica layer. A consequence of the inscription process is the formation of metal filaments at the ends of AFM tips. In particular, gold filaments are obtained with sizes ranging from tens to hundreds of nanometers long with a few nanometers thick

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Sirotkin, Sergey. "Low frequency modes from small nanoparticles (metal nanocrystals) to large nanospheres (viruses) : an inelastic light scattering study." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00847063.

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Abstract:

The doctoral thesis "Low frequency modes from small nanoparticles (metal nanocrystals) to large nanospheres (viruses): an inelastic light scattering study" is dedicated to investigations of the acoustic properties of different nano-objects : small metal nanoparticles and nanocrystals (D < 30 nm) and large colloid/viral particles (D _ 200 nm). Inelastic light Raman/Brillouin scattering is used as the main research tool to probe the nanoparticle vibrations and to determine their elastic and mechanical parameters. In the first chapter, the well developed theory of elasticity is used to perform a qualitative and nomenclatural analysis of solid sphere vibrations ; several theoretical models allowing to describe the nanoparticle vibrational behavior within a surrounding medium and how the eigenvibrations are modified due to inner crystalline elastic anisotropy are discussed. The second chapter is dedicated to the description of the physics of inelastic light scattering which derives from the fluctuations of the polarizability induced by vibrations. Two types of inelastic light scattering are described : Brillouin scattering which results from the coupling of incident light (photon) with acoustic propagative waves (phonon) in a bulk substance and Raman scattering which is a result of the interaction between an incident photon and localized vibrations, hence nanoparticle vibrations in the present study. As essential in our study, the detailed description and principles of operation of the spectroscopic tools (tandem Fabry-Perot) used to perform these very low frequency inelastic light scattering spectroscopies (between 3 and 300 GHz typically) are given. The third chapter focuses on the study of low frequency modes from small metallic nanoparticles. Three systems are investigated : AuAg and Cu nanoparticles embedded in a vitreous matrix and Au nanocrystals deposited on a surface. The AuAg system allowed to study a notably rich Raman spectrum featuring contributions from fundamental modes and high order harmonics. The experimental data were found to compare rather well with theoretical predictions, thereby providing more insight into the essential ingredients of Raman scattering from nanoparticle modes. The study of deposited Au nanocrystals allowed characterizing the effect of nanocrystalline quality which results in a partial lifting of degeneracy of the nanoparticle modes due to elastic anisotropy. Investigating the wavelength dependence of the Raman spectrum allows a differentiation between single nanocrystals and multiply twinned nanoparticles. Both embedment effects and nanocrystallinity effects are integrated in the study of Cu nanoparticles grown in a glass matrix, where the influence of annealing conditions on the produced nanoparticles was investigated. It was shown that different annealing temperatures [...] result in very different low frequency Raman profiles. [...] The forth chapter reports on the exploration of the possible use of the low frequency inelastic light scattering probe in the characterization of large viruses, as illustrated in the third chapter for small nanoparticles. In order to address the change of the light selection rules as the wavelength of the exciting light becomes comparable to the size of the nanoparticles, the behaviors of the viruses are compared to those of polymer colloids. Ultra Small Angle X-ray Scattering and Atomic Force Microscopy are used to first ensure the comparableness of viruses and polystyrene colloids in terms morphologies. On the basis of the inelastic light scattering data obtained for PS colloids [...], we discuss the difficult interpretation in termsof eigenmodes of the virus counterparts.

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Mansour, Sergui. "Methodological development in proteomics and lipidomics applied to the analysis of cultural heritage samples : photochemical synthesis of metallic nanoparticles in flow." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R069.

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Abstract:

La spectrométrie de masse est une méthode analytique puissante qui permet l'analyse de différents types d'échantillons. Ce travail de thèse présente de nouvelles approches en lipidomique et en protéomique appliquées à l'analyse des échantillons de patrimoine culturel par spectrométrie de masse. La première partie de cette thèse propose un développement méthodologique en protéomique pour l'analyse des échantillons archéologiques. Ce travail consiste à optimiser la stratégie "bottom-up" pour l'analyse des traces de protéines piégées dans des céramiques archéologiques conservées dans des contextes très défavorables (exemple: amphore du 1er siècle conservée dans un environnement sous-marin). Au cours de ce travail, nous avons étudié des organismes non séquencés en adaptant une méthodologie de séquençage de novo. Nous avons réussi à démontrer par des preuves analytiques et pour la première fois, la présence de poisson du genre Thunnus au sein d'amphorae Dressel 14. La deuxième partie présente une nouvelle approche pour l'analyse et l’identification de la structure 3D du réseau de polymères réticulés de peintures d’huile de lin. Celle-ci repose sur le développement d'une technique de dépolymérisation douce et de dérivatisation des lipides réticulés afin de les analyser en spectrométrie de masse à haute résolution (FT-ICR MS) dans le but d'accéder au réseau 3D formé par les lipides dans la peinture. Puis, cette méthode a été appliquée à une peinture à l'huile datant du XIXe siècle. Une étude de l'interaction entre les lipides et les pigments a également été effectuée. Enfin, la troisième partie décrit le développement d'une nouvelle méthode de synthèse photochimique en flux des nanoparticules métalliques (argent, or et palladium) ultra-stables dans plusieurs solvants organiques
Mass spectrometry is a powerful analytical technique which allows to analyze different types of samples from different fields. In this work, we propose new developments in lipidomics and proteomics for the analysis of cultural heritage samples. The first part of this work describes a methodological development in proteomics applied to the analysis of archaeological samples. This work consists in optimizing the "bottom-up" strategy for the analysis of proteins residues trapped in archaeological ceramics preserved in unfavorable conditions for their conservation (for example: first century amphora preserved in a submarine environment). During this work, we studied non-sequenced organisms by adapting a de novo sequencing methodology and we succeeded to demonstrate by analytical evidence, and for the first time, the use of Dressel 14 amphorae for the transportation of fish belonging to Thunnus genus. In the second part, we present a new approach in lipidomics for the analysis and the identification of crosslinked polymer network present in linseed oil based paints. In this part, we developed a new method for soft depolymerization and derivatization of reticulated lipids, which are than analyzed with high resolution mass spectrometry (FT-ICR MS) to access into the 3D network formed by lipids in oil paint. The developed method was applied to an oil paint that dates back to the 19th century, and we also studied the interaction between lipids and pigments. The third part describes the development of a photochemical synthesis in flow of ultra-stable metallic nanoparticles (silver, gold and palladium) in organic medium

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Cocq, Aurélien. "OléoSodioSuccinyl-Cyclodextrines : synthèse et applications en catalyse aqueuse de cyclodextrines amphiphiles obtenues par estérification à l'aide de dérivés oléiques maléinisés." Thesis, Artois, 2017. http://www.theses.fr/2017ARTO0404/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a consisté en la synthèse et en la valorisation d’une nouvelle famille de cyclodextrines amphiphiles en catalyse aqueuse : les OléoSodioSuccinyl-Cyclodextrines (OSS-CDs). Ces OSS-CDs ont été obtenues en trois étapes principales. La première étape a consisté en la maléinisation thermique ou rhodiocatalysée de l’acide oléique ou de son ester méthylique. Les anhydrides succiniques substitués obtenus peuvent ensuite optionnellement subir une réaction d’hydrogénation de leur double liaison carbone-carbone par catalyse au rhodium sur charbon. Mis en réaction avec diverses cyclodextrines natives ou modifiées, ces anhydrides ont conduit à des esters de cyclodextrines présentant des fonctions acides carboxyliques. Les OSS-CDs, obtenues par neutralisation à la soude de ces fonctions, possèdent une solubilité aqueuse élevée (50-500 g.L-1 à 20°C), sont tensioactives (concentration d’agrégation critique : 4-360 g.L-1 à 20°C) et forment des agrégats en phase aqueuse. Les chaines grasses de ces OSS-CDs possèdent une forte tendance à s’inclure dans la cavité de la cyclodextrine sur laquelle elles sont greffées. Les OSS-CDs ont montré une très bonne capacité à promouvoir le transfert de matière en hydroformylation biphasique aqueuse et rhodiocatalysée d’alpha-oléfines grasses, avec des vitesses de réaction plus importantes obtenues lors de l’utilisation d’OSS-CDs issues de l’oléate de méthyle. Certaines OSS-CDs issues de l’acide oléique se sont avérées quant à elles de très bons stabilisants de nanoparticules de ruthénium. Les suspensions colloïdales auxquelles elles ont conduit présentent une forte stabilité, sont actives dans l’hydrogénation de nombreux substrats et peuvent être recyclées sans perte d’activité
This thesis work consisted of the synthesis and valorisation of a new family of amphiphilic cyclodextrins in aqueous catalysis: OleoSodioSuccinyl-Cyclodextrins (OSS-CDs). These OSS-CDs were obtained in three main steps. The first step consisted of the thermal or rhodiocatalysed maleinisation of oleic acid or its methyl ester. The carbon-carbon double bond of the obtained substituted succinic anhydrides can then possibly be hydrogenated by rhodium on carbon catalysis. By reacting with native or modified cyclodextrins, these anhydrides led to cyclodextrin esters having carboxylic groups. The OSS-CDs, obtained by neutralisation with sodium hydroxide of these functions, have high aqueous solubilities ( 50-500 g.L-1 at 20° C), are surfactant (aggregation concentration: 4-360 g.L-1 at 20°C) and form aggregates in water. The fatty chains of these OSS-CDs have a strong tendency to include in the cavity of the cyclodextrin on which they are grafted. The OSS-CDs showed a very good mass transfer capacity in aqueous biphasic rhodiocatalysed hydroformylation of alpha-olefins, with higher reaction rates when using the OSS-CDs obtained from methyl oleate. Some OSS-CDs coming from oleic acid have been found to be very good stabilizers for ruthenium nanoparticles. The colloidal suspensions obtained with them were very stable, active in the hydrogenation of many substrates and can be recycled without loss of activity

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Zhang, Luqiong. "Magnetic Molecular-based Materials Assembled on Metallic Substrates : Experimental X-ray Absorption Spectroscopy and Ligand Field Multiplet Calculations." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS587.

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Les travaux de recherche concernent l'étude des propriétés magnétiques des nanoparticules de coordination et de complexes à transition de spin assemblés en monocouches sur différents substrats métalliques par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) aux seuils L₂,₃ des atomes métalliques. Nous utilisons le dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) et le dichroïsme naturel linéaire des rayons X (XNLD). La simulation des données expérimentales est réalisée par la méthode des multiplets en champ de ligands (LFM). Cette thèse est divisée en deux parties.La première partie vise à étudier l'anisotropie magnétique des nanoparticules magnétiques de coordination assemblées en une monocouche sur du graphite pyrolytique hautement orienté. Les mesures XAS, XNLD et XMCD révèlent la présence d'une anisotropie électronique et magnétique par l'ouverture d'une boucle d'hystérèse magnétique à basse température. En combinant les données expérimentales avec les calculs LFM, nous proposons un modèle structural de la surface des particules qui permet de rendre compte de l'anisotropie électronique et magnétique due à l'interface nanoparticules/vide.Dans la deuxième partie, on étudie la transition de spin thermique et photo-induite de complexes de Fe(II) assemblés en sous-monocouches sur des substrats métalliques. Les calculs LFM et les données expérimentales permettent de démêler les différents effets que les paramètres externes (température, rayons X, lumière bleue et rouge) induisent sur la nature et l'ampleur de la transition de spin. Une transition "anormale" de l’état haut spin vers bas spin, induite par la lumière bleue est découverte et analysée comme étant due à une interaction à l'interface entre les molécules et les substrats métalliques, cette interaction apportant l’énergie nécessaire à cette transition
This thesis is focused on the investigation of the magnetic properties of magnetic nanoparticles and spin crossover complexes assembled as monolayers on different metallic substrates by X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) at the L₂,₃ edges of the metal atoms. We use X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) and X-ray Natural Linear Dichroism (XNLD) to do so. The simulation of the experimental data is carried out by Ligand Field Multiplet (LFM) calculations. This thesis is divided into two parts.The first part aims at studying the magnetic anisotropy of Prussian blue analog magnetic coordination nanoparticles that were assembled as a single layer on Highly Oriented Pyrolytic Graphite. XAS, XNLD and XMCD measurements disclose the presence of electronic and magnetic anisotropy by the opening of a magnetic hysteresis loop at low temperature. Combining experimental data with LFM calculations, we propose a structural model of the surface of the particles that allows accounting for electronic and magnetic anisotropy and that is proposed to be due to the single layer/vacuum interface.In the second part, thermal and light-induced spin crossover behavior of Fe(II) containing molecules have been assembled as a sub-monolayer on metallic substrates. Complementary LFM calculations and experimental XAS data allow unravelling the nature and the magnitude of the spin crossover as a function of the external stimuli (temperature, X-rays, blue and red light). An anomalous blue light effect allowing a crossover at low temperature from the high to low spin states is discovered and analyzed as being due to the interface between the molecules and the metallic substrates

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Dedeh, Amina. "Impact d'un sédiment dopé aux nanoparticules d'or ou de sulfure de cadmium sur un invertébré et un poisson d'eau douce." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0068.

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Abstract:

Le but de cette thèse était de déterminer l’impact de deux types de nanoparticules métalliques (sulfure de cadmium – CdS - et or - Au) sur deux organismes aquatiques modèles (vers tubifex et poisson zèbre Danio rerio). L’approche a consisté à doper le sédiment de la Garonne avec les deux types de nanoparticules et caractériser l’effet de cette contamination sur les deux organismes en utilisant plusieurs marqueurs à différents niveaux d'organisation biologique (réponses biochimiques, activité de neurotransmission, génotoxicité, expression génétique et activité de bioturbation). Les effets ont été évalués après exposition aux sédiments contaminés dans des systèmes expérimentaux de types microcosmes durant une vingtaine de jours. Dans un certain nombre de cas, ce travail a révélé un effet des nanoparticules qui n’était pas dû au métal mais aux propriétés nanoparticulaires. En effet, dans le cas des nanoparticules de CdS, nous avons observé des altérations du génome ainsi que la modification de l’activité de bioturbation des vers tubifex en réponse à la contamination aux nanoparticules mais pas à celle de la forme ionique. Dans ce travail nous avons pu observer le relargage des nanoparticules d’or depuis le sédiment vers la colonne d’eau, et sa biodisponibilité potentielle pour les poissons. Ces nanoparticules provoquaient des altérations de l’ADN chez les deux organismes, la modification de l’expression de certains gènes et l’augmentation de l’activité de l’acétylcholinestérase chez le poisson zèbre. Les résultats de bioturbation n’ont pas montré d’effets des nanoparticules d’or sur le mouvement des vers
The aim of this thesis was to determine the impact of two types of metal nanoparticles (cadmium sulphide - CdS - and gold - Au) on two aquatic models (tubifex worms and zebrafish Danio rerio). The approach has been to dope the Garonne sediment with the two types of nanoparticles and characterize the effect of this contamination on the two animals using multiple markers at different levels of biological organization (biochemical responses, neurotransmission activity, genotoxicity, gene expression and bioturbation activity). The effects were evaluated after exposure to contaminated sediment in experimental microcosms systems for twenty days. In a number of cases this work revealed an effect of the nanoparticles that was not due to metal but to the nanoparticulate properties. Indeed, in the case of CdS nanoparticles, we observed alterations in the genome as well as the modification of the bioturbation activity of worms tubifex in response to the contamination of nanoparticles but not to that of the ionic form. In this work we observed the release of gold nanoparticles from the sediment into the water column, and its potential bioavailability to fish. These nanoparticles were causing DNA damage in both organisms, modifying the expression of certain genes and increased acetylcholinesterase activity in zebrafish. Bioturbation results showed no effects of gold nanoparticles on the movement of worms

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Campbell, Paul. "Utilising the solvation properties of ionic liquids in the size-controlled synthesis and stabilization of metal nanoparticles for catalysis in situ." Thesis, Lyon 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LYO10212/document.

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Les liquides ioniques (LIs) à base d’imidazolium présentent une très grande organisation en réseaux 3D et sont constitués de microdomaines polaires et apolaires, dû à la présence des canaux ioniques et au regroupement des chaînes alkyles lipophiles. L’objectif de ce travail est d’utiliser leurs propriétés de solvatation, liées à cette organisation, pour générer et stabiliser in situ des nanoparticules métalliques (NPs) d’une taille contrôlée et prévisible. Cette approche a trouvé de nombreuses applications dans des domaines tels que la catalyse et la microélectronique. Le phénomène de croissance cristalline des NPs (ruthénium, nickel et tantale) générées in situ lors de la décomposition sous H2 des complexes organométalliques, est contrôlé i) par la taille des poches apolaires, dans lesquelles le complexe se dissout, ii) par les conditions expérimentales (température, agitation) et iii) par la nature du métal et du complexe précurseur. Le mécanisme de stabilisation des NPs, jusqu'alors mal compris, dépend du mécanisme de formation des NPs, qui pourrait entraîner la présence de ligands hydrures ou carbènes N-hétérocycliques (NHC) à leur surface. Cette présence a été démontrée par marquage isotopique et analysée en RMN ainsi qu’en spectrométrie de masse. Les LIs sont également des milieux intéressants en catalyse. Des études sur l’influence du LI sur l’activité des catalyseurs homogènes ont souligné l’importance cruciale des paramètres physico-chimiques des LIs, et particulièrement de la viscosité, qui intervient ainsi dans la loi cinétique. Enfin, une étude approfondie de l’effet de la taille des NPs sur l’activité catalytique et la sélectivité pour l’hydrogénation, réalisée en milieu LI, a confirmé l’importance du contrôle de la taille des NPs pour les applications catalytiques
Imidazolium based ionic liquids (ILs) consist of a continuous 3-D network of ionic channels, coexisting with non polar domains created by the grouping of lipophilic alkyl chains, forming dispersed or continuous microphases. The aim of this work is to use the specific solvation properties of ILs, related to this 3-D organisation, to generate and stabilise in situ metal nanoparticles (NPs) of a controlled and predictable size. This approach has found application in fields such as catalysis and microelectronics. The phenomenon of crystal growth of NPs (ruthenium, nickel, tantalum) generated in situ in ILs from the decomposition of organometallic complexes under molecular hydrogen, is found not only to be controlled by i) the size of non-polar domains, in which the complexes dissolve, but also by ii) the experimental conditions (temperature, stirring) and iii) the nature of the metal and its precursor complex. The previously unexplained stabilisation mechanism of NPs in ILs is found to depend on the mechanism of formation of NPs, which may lead to the presence of either hydrides or N-heterocyclic carbenes (NHC) at their surface. These have both been evidenced through isotopic labelling experiments analysed by NMR and mass spectrometry. Another advantage of ILs is that they provide an interesting medium for catalytic reactions. Studies on the influence of the IL on the catalytic performance in homogeneous catalysis have highlighted the crucial importance of the physical-chemical parameters of ILs, in particular the viscosity, for which a term must be included in the kinetic rate law. Using these findings, a thorough investigation of the effect of the NP size on catalytic activity and selectivity in hydrogenation in ILs was undertaken, confirming the importance of controlling NP size for catalytic applications

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Nguyen, Tuyet Trang. "Utilisation de nanotubes de carbone pour la préparation de catalyseurs confinés." Thesis, Toulouse, INPT, 2013. http://www.theses.fr/2013INPT0062/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse est d’utilisation de nanotubes de carbon (NTCs) comme support pour confiner de nanoparticules métalliques ou comme gabarit pour le confinement de la phase active. Le chapitre I présente l’état actuel des connaissances sur les effets de confinement dans les NTCs. Le chapitre II décrit la préparation et la caractérisation de catalyseurs métalliques à base de ruthénium, de cobalt et de palladium, confinées à l’intérieur de NTCs. Dans ce cadre, l’étude de l’influence de différents paramètres tels que les conditions opératoires, la nature du métal ou du précurseur, ou un prétraitement du support NTC, sur la sélectivité du confinement est présentée. Le chapitre III comporte deux parties : l’une est consacrée à l’utilisation de NTCs comme gabarit pour la synthèse de nanotubes de silice (NTSs, en présence ou non de particules de ruthénium confinées dans leur canal). L’autre partie concerne l’immobilisation du catalyseur (complexe métallique de rhodium) dans une phase liquide ionique comme phase catalytique active avant le remplissage dans les NTCs. Le chapitre IV concerne l’application tous les systèmes catalytiques à base de catalyseurs confinés à l’intérieur de nanotubes dans les réactions d’hydrogénation du cinnamaldéhyde et du 1-hexène. L’effet de confinement sur les performances catalytiques est présenté
This thesis is refer of carbon nanotubes (CNTs) as a support to confine metal nanoparticles or as a template for the confinement of the active phase. Chapter I give a comprehensive review of the state of knowledge on the effects of confinement in CNTs. Chapter II describes the preparation and characterization of the metals (ruthenium, palladium and cobalt) confined inside CNTs catalysts. In this context, the study of the influence of various parameters such as operating conditions, nature of the metal or precursor or nanosupport pretreatment, on the selectivity of confinement is presented. Chapter III consists of two parts: one is devoted to the using of CNTs as a template for the synthesis of silica nanotubes (SNTs in the presence or absence of ruthenium particles confined in their channel). The other part is the immobilization of the catalyst (rhodium metallic complex) in an ionic liquid phase as active catalytic phase before filling in CNTs. Chapter IV concernes the application all catalyst-filled CNTs systems in the hydrogenation of cinnamaldehyde and 1-hexene reaction. The confinement effect on the catalytic performance is presented

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Benghorieb, Soulef. "Modélisation des modifications des propriétés optiques de nouveaux matériaux nanostructurés par des particules métalliques." Thesis, Saint-Etienne, 2011. http://www.theses.fr/2011STET4002.

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Ce travail de thèse porte sur la modélisation des propriétés optiques de diélectriques nanostructurés par des particules métalliques. Nous nous sommes intéressés à deux aspects du problème : la détermination de l’indice effectif et la distribution du champ du plasmon de nanoparticules métalliques dispersées dans de tels milieux. Nous avons développé deux approches numériques. La première étude a été consacrée à la modélisation des parties réelle et imaginaire de l’indice effectif d’un milieu hétérogène. Pour comparer nos résultats de simulations d’indice à l’expérience, nous avons proposé une méthode expérimentale pour la mesure de l'indice de réfraction effectif de solutions colloïdales comportant des nanosphères métalliques ou semiconductrices. La seconde étude traite de la méthode d’extraction de la distribution du champ du plasmon sur la surface d’une nanosphère métallique excitée par une onde électromagnétique plane. Pour l’ensemble de ce travail nous avons tenu compte des paramètres caractéristiques de la matrice hôte et des nanoparticules sur l’indice effectif et le champ du plasmon calculés
This thesis is devoted to modeling of the optical properties of nanostructured dielectrics by metal particles. We interested in two aspects of the problem: the determination of effective index and field distribution of plasmon nanoparticles dispersed in such media. We have developed two numerical approaches. The first is devoted to the simulation of real and imaginary parts of the effective index of heterogeneous medium. In order to compare experience and theory, we have proposed an experimental approach to measure the effective refractive index of colloidal solutions containing metal or semiconductor nanospheres. The second aspect deals with the method of extraction of the field plasmon on the surface of metal nanosphere when it is excited by electromagnetic plane wave. The calculated effective index and field plasmon are done in function of characteristic parameters of nanoparticles and host matrix

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Sharma, Nipun. "Self-organization of silver nanoparticles with femtosecond laser in TiO2 matrix : Applications to plasmonic colours, multiple hidden images and Colour Image-Multiplexing." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSES032.

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L'auto-organisation de nanoparticules métalliques dans un support est un moyen efficace et peu coûteux de produire des systèmes plasmoniques pouvant être utilisés pour des applications d'affichage couleur actif, de codage d'image et de sécurité. De tels systèmes nanocomposites doivent être synthétisés sous forme de films stables qui pourraient être enduits sur tout type de surface pour un traitement laser. Cette thèse de doctorat porte sur l 'auto - organisation induite par laser de couches minces nanocomposites d' argent et d 'oxyde de titane mésoporeux.Dans ce travail, nous étudions d'abord la synthèse de couches minces mésoporeuses de TiO2 à l'aide d'un processus hydrolytique, facile à mettre en œuvre, pour fournir des films cristallisés à partir de 100 ° C. sont rapportés dans ce travail. En outre, les mécanismes de croissance des nanocristaux dans les films mésoporeux de TiO2 sont étudiés sous la forme de mesures ellipsométriques mettant en évidence son effet sur la porosité et la cristallinité du film avec la température de recuit.La deuxième étude démontre la fabrication de différentes structures nanocomposites à l'aide de la technique de balayage laser femtoseconde, déclenchant la croissance et l'auto-organisation de nanoparticules d'argent à l'intérieur d'une matrice de titane amorphe poreuse donnant lieu à des couleurs dichroïques plasmoniques. Une recherche plus approfondie sur l'étude paramétrique de ces nanocomposites donne lieu à différentes nanostructures à deux régimes de vitesse de balayage différents, qui se forment à la surface et sont noyées en dessous en raison de l'excitation de la surface et des modes guidés. La flexibilité de cette technologie de marquage laser permet également de fabriquer des nanostructures hybrides composées de différents types de nanostructures adjacentes, entrelacées pour couvrir de grandes surfaces. Une extension de cette étude est conclue sur des substrats plastiques / flexibles pour encoder des images imprimées diffractives. Ici, les nanostructures de surface (LIPSS) sont formées en utilisant le contrôle de la polarisation du laser et donc de l'orientation du réseau, qui est utilisé pour coder des images de niveau de gris qui peuvent être observées dans les modes de diffraction.De plus, cette étude se conclut en produisant trois multiplexages d'images qui peuvent être observés dans trois modes sélectionnés d'observation sous lumière blanche en réflexion avec lumière non polarisée et transmission entre polariseurs pour deux angles de polarisation différents. Cela est dû au fait que la biréfringence et le dichroïsme du film peuvent être contrôlés pour produire des gammes de couleurs sans précédent pour le multiplexage. Un tel traitement laser intelligent sur des films minces nanocomposites donne lieu à des applications artistiques et de sécurité en codant différentes images jusqu'à trois sous la même zone
Self-organization of metallic nanoparticles in a medium is an efficient and a low-cost way to produce plasmonic systems that can be used for applications to active colour display, image encoding, and security. Such nanocomposite systems must be synthesized in form of stable films which could be coated on any kind of surface for laser processing. This doctoral thesis focuses on laser‐induced self‐organization of nanocomposite thin films of silver and mesoporous titania.In this work, we first investigate synthesizing mesoporous TiO2 thin films using hydrolytic process, which is easy to implement, to provide crystallized films starting at 100°C. First activation energies in mesoporous TiO2 films using Raman spectroscopy in combination with the phonon quantum confinement model are reported in this work. Further, growth mechanisms of nanocrystals in mesoporous TiO2 films are investigated in form of ellipsometric measurements highlighting its effect on film porosity and crystallinity with annealing temperature.The second study demonstrates fabrication of different nanocomposite structures using femtosecond laser scanning technique, triggering growth and self-organization of silver nanoparticles inside porous amorphous titania matrix giving rise to plasmonic dichroic colours. Further investigation on the parametric study of such nanocomposites gives rise to different nanostructures at two different scan speed regimes, which are formed at the surface and are embedded below due to excitation of surface and the guided modes. The flexibility of this laser-based marking technology also allows to fabricate hybrid nanostructures composed of different adjacent nanostructure types, interlaced to cover large areas. An extension of this study is concluded on plastic/flexible substrates to encode diffractive printed images. Here surface nanostructures (LIPSS) are formed by using the control of laser polarization and thus grating orientation, which is used to encode grey-level images that can be observed in diffraction modes.Further, this study is concluded by producing three image multiplexing which can be observed in three selected modes of observation under white light in reflection with non-polarized light and transmission between polarizers for two different polarization angles. This is due to the fact that the film birefringence and dichroism can be controlled to produce unprecedented colour gamuts for multiplexing. Such smart laser processing on nanocomposite thin films gives rise to artistic and security applications by encoding different images up to three under same area

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Tambosi, Reem. "Stress and toxicity of metal in photosynthetic bacteria : multi-scale study of the effects and the targets of metal ions and nanoparticles Silver and Copper Acute Effects on Membrane Proteins and Impact on Photosynthetic and Respiratory Complexes in Bacteria Silver Effect on Bacterial Cell Membrane Structure Investigated by Atomic Force and Scanning Electron Microscopes Cadmium and Copper Cross-tolerance. Cu+ alleviates Cd2+ toxicity, and both cations target heme and chlorophyll biosynthesis pathway in Rubrivivax gelatinosus Additive effects of metal excess and superoxide, a highly toxic mixture in bacteria." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASL070.

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Abstract:

L’usage intensif des métaux et des ions métalliques dans l'industrie et l'agriculture représente une menace sérieuse pour l'environnement et pour tous les êtres vivants en raison de la toxicité aiguë de ces ions. Cependant, cela peut aussi être un outil prometteur. En effet, les ions comme les nanoparticules d'argent sont très utilisés dans diverses applications médicales, industrielles et sanitaires. L'effet antimicrobien de ces nanoparticules est en partie lié aux ions Ag⁺ libérés et à leur capacité à interagir avec les membranes bactériennes. L'objectif de ce projet est d'étudier l'interaction entre un objet biologique (les bactéries) et des objets physiques (métaux), pour comprendre l'impact des métaux sous différentes formes (ions, nanoparticules et nanostructures) sur les cellules bactériennes en utilisant différentes approches: de physiologie, biochimie, génétique et de biologie cellulaire. Nous avons utilisé comme modèles biologiques, principalement la bactérie photosynthétique pourpre Rubrivivax (R.) gelatinosus, mais aussi Escherichia coli; et pour les objets physiques, nous avons utilisé l'argent comme métal principal mais aussi d'autres métaux (cuivre, cadmium et nickel) à titre de comparaison. Les principaux objectifs de ce travail sont: 1- d'étudier l'impact et les mécanismes de toxicité de ces ions métalliques / NPs sur les métabolismes bactériens respiratoire et photosynthétique. 2- Identifier des gènes bactériens impliqués dans la réponse à un excès d'ions Ag⁺. 3- Etudier l'internalisation et l'interaction des ions métalliques et des NP au sein des membranes biologiques. Ainsi, nous avons pu identifier, à la fois in vitro et in vivo, des cibles spécifiques d'ions Ag⁺ et Cu²⁺ dans la membrane des bactéries. Cela inclut des complexes impliqués dans la photosynthèse, mais également des complexes de la chaine respiratoire. Il a été démontré que les ions Ag⁺ et Cu²⁺ ciblent spécifiquement une bactériochlorophylle exposée au solvant dans les antennes de collecte de lumière du photosystème de la bactérie. Ceci présente également, à notre connaissance, la première preuve directe de dommages induits par des ions Ag⁺ sur les protéines membranaires impliquées dans ces métabolismes. Par ailleurs, nous avons également réalisé une étude comparative par microscopie (AFM/ MEB) de l'effet de l'Ag⁺ en solution ou des Ag-NPs synthétisés dans notre laboratoire, sur la morphologie des cellules bactériennes
The extensive use of metal ions in industry and agriculture represents a serious threat to the environment and to all living being because of the acute toxicity of these ions. However, it can also be a promising tool, silver ions and nanoparticles are some of the most widely used metals in various industrial and health applications. The antimicrobial effect of these nanoparticles is in part related to the released Ag⁺ ions and their ability to interact with bacterial membranes. The goal of this project is to study the interaction between biological subject (the bacteria) and physical objects (metals), and more specifically to understand the impact of metals in different forms (ions, nanoparticles and nanostructures) on the growth of the bacterial cells using different approaches : physiology, biochemistry, genetics and cell biology. We used as biological models, principally the purple photosynthetic bacterium Rubrivivax (R.) gelatinosus, but also Escherichia coli; and for physical objects, we used silver as main metal but also other metals (copper, cadmium and nickel) for comparison. The main objectives are: 1- to study the impact and the mechanisms of toxicity of these metallic ions/NPs on the bacterial respiratory and photosynthesis metabolisms. 2- To identify the bacterial genes involved in response to excess silver. 3- To study the internalization and interaction of metals ions and NPs within biological membranes. The results showed that we were able to identify, both in vitro and in vivo, specific targets of Ag⁺ and Cu²⁺ ions within the membrane of bacteria. This include complexes involved in photosynthesis, but also complexes involved in respiration. Ag⁺ and Cu²⁺ were shown to specificaly target a solvent exposed bacteriochlorophyll in the light harvesting antennae of the photosystem. This also presents, in our knowledge, the first direct evidence of silver ions damages to membrane proteins involved in these metabolisms. We also carried out a microscopy (AFM/ SEM) comparative study of the effect of Ag⁺ ions or Ag-NPs synthesized in our laboratory, on the bacterial cell morphology

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Marepally, Bhanu Chandra. "Production of Solar Fuels using CO2." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1062.

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Abstract:

Compte tenu du récent taux alarmant d'épuisement des réserves de combustibles fossiles et de l'augmentation drastique des niveaux de CO2 dans l'atmosphère qui a conduit au réchauffement de la planète et à des changements climatiques sévères, l'exploitation de toutes sortes d'énergies renouvelables a été la Parmi les principales priorités de la recherche Champs à travers le monde. L'une des nombreuses voies de ce genre est la réduction du CO2 aux combustibles utilisant des énergies renouvelables, plus communément appelées cellules photoélectro-catalytiques (PEC). Des essais expérimentaux sur la réduction du CO2 ont été réalisés sur différents types de catalyseurs dans les deux cellules (Conçu par un laboratoire) afin de comprendre la sélectivité, la productivité et les produits de réaction obtenus. Des essais expérimentaux ont été réalisés sur différents types de catalyseurs à la fois dans les cellules en phase gazeuse et en phase liquide pour comprendre la sélectivité, la productivité et les produits de réaction obtenus. Pour les études sur la réduction EC du CO2 en phase gazeuse, une série d'électrodes (à base de nanoparticules (NPs) de Cu, Fe, Pt et CuFe déposées sur des nanotubes de carbone ou de noir de carbone puis placées à l'interface entre une membrane Nafion et Une électrode à couche de diffusion de gaz). Les résultats démontrent le type divers de produits formés et leurs productivités. Dans des conditions sans électrolyte, la formation de produits ≥C1 tels que l'éthanol, l'acétone et l'isopropanol a été observée la plus élevée étant pour Fe et suivie de près par Pt. Pour améliorer Combustibles nets, un ensemble différent d'électrodes a été préparé sur la base de revêtements MOF de type imidazolate de type zéolitique substitué (SIM-1) (Fe-CNT, Pt-CNT et CuFe-CNT basés sur MOF) Et Pt-MOF a montré des carburants améliorés. En se reportant aux études sur la réduction EC du CO2 dans une cellule en phase liquide, un ensemble similaire d'électrodes a été prepare (NP - Cu, Fe, Pt, Ru, Co déposées sur des nanotubes de carbone ou du noir de carbone ont). Pour les conditions de phase liquide, en termes de produits C nets, les électrodes catalytiques à base de Pt sont en tête de la catégorie, suivies de près par Ru et Cu, tandis que Fe a obtenu la position la plus basse. Le mécanisme réactionnel sous-jacent probable a également été fourni. Afin d'améliorer encore les performances, on a synthétisé des NP de metal (Ru, Fe, Pt et Cu) de différentes tailles en utilisant différentes techniques de synthèse: (i) l'itinéraire d'imprégnation (ImR) pour obtenir des NP dans la plage de tailles de 10 à 50 nm; (Ii) Approche organométallique (OM) pour synthétiser des NPs uniformes et ultrafines dans la plage de tailles de 1-5 nm. Fe ont été synthétisés par une nouvelle voie de synthèse et des conditions pour atteindre des NP de 1 à 3 nm. (Iii) Approche de haut en bas de Nanowire pour obtenir des NP de cuivre ultrafin dans la plage de taille de 2-3,8 nm. Les améliorations apportées à la productivité du carburant se sont révélées être de 5 à 30 fois plus élevées pour les petites NP sur les NP plus importantes et, en outre, une charge réduite de 10 à 1-2% en poids. Un autre ensemble d'électrodes à base de nano-mousses (Cu NF et Fe NF sur Feuille de Cu, Feuille de Foie, Al Foil, Inconel foil et Al grid / mesh) préparés par électrodéposition ont également été étudiés afin d'améliorer encore la conversion de CO2 / carburant. Après, l'optimisation du dépôt et de la tension à l'aide de la voltamétrie cyclique, les carburants se sont améliorés de 2 à 10 fois par rapport aux combustibles nets les plus élevés obtenus à l'aide d'électrodes CNT dopées à base de NP
In view of the recent alarming rate of depletion of fossil fuel reserves and the drastic rise in the CO2 levels in the atmosphere leading to global warming and severe climate changes, tapping into all kinds of renewable energy sources has been among the top priorities in the research fields across the globe. One of the many such pathways is CO2 reduction to fuels using renewable energies, more commonly referred as photo-electro-catalytic (PEC) cells. Experimental tests were carried out on various types of catalysts in both the gas and liquid phase cells (lab-designed) to understand the different selectivity, productivity and the reaction products obtained. For the studies on the EC reduction of CO2 in gas phase cell, a series of electrodes (based on Cu, Fe, Pt and Cu/Fe metal nanoparticles – NPs - deposited on carbon nanotubes – CNTs - or carbon black and then placed at the interface between a Nafion membrane and a gas-diffusion-layer) were prepared. Under gas phase, the formation of ≥C1 products (such as ethanol, acetone and isopropanol) were observed, the highest being for Fe and closely followed by Pt, evidencing that also non-noble metals can be used as efficient catalysts under these conditions. To enhance the net fuels, a different set of electrodes were also prepared based on substituted Zeolitic Imidazolate (SIM-1) type MOF coatings (MOF-based Fe-CNTs, Pt-CNTs and Cu/Fe-CNTs) and Pt-MOF showed improved fuels. Moving to the studies on the EC reduction of CO2 in liquid phase cell, a similar set of electrodes were prepared (metal NPs of Cu, Fe, Pt, Ru and Co deposited on CNTs or carbon black). For liquid phase conditions, in terms of net C-products, catalytic electrodes based on Pt topped the class, closely followed by Ru and Cu, while Fe got the lowest position. The probable underlying reaction mechanism was also provided. In order to improve further the performances, varied sized metal NPs (Ru, Fe, Pt and Cu) have been synthesized using different techniques: (i) impregnation (ImR) route to achieve NPs in the size range of 10-50 nm; (ii) organometallic (OM) approach to synthesize uniform and ultrafine NPs in the size range of 1-5 nm (i.e., Fe NPs were synthesized through a novel synthesis route to attain 1-3 nm NPs); (iii) Nanowire (NW) top-down approach to obtain ultrafine copper metal NPs in the size range of 2-3.8 nm. The enhancements in the fuel productivity were found to be 5-30 times higher for the smaller metal NPs over the larger metal NPs and moreover, with reduced metal loading from 10 to 1-2 wt %. A different set of electrodes based on nano-foams (Cu NF and Fe NF on Cu foil, Fe foil, Al foil, Inconel foil and Al grid/mesh) prepared via electro-deposition were also investigated, to further improve CO2 to fuels conversion. After, optimization of deposition and voltage using cyclic voltammetry, the fuels improved by 2-10 times over the highest net fuels achieved using metal NPs doped CNT electrodes

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Dissertations / Theses on the topic 'Metallic nanoparticules'

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