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Fonctionnalisation et assemblage de nanoparticules d’or pour la plasmonique et la nanomédecine.
Functionalization and assembly of gold nanoparticles for plasmonics and nanomedicine.

Spécialité

Chimie des solutions

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

31-03-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

MARGUET Sylvie
+33 1 69 08 62 83

Résumé/Summary

Résumé : Nous proposons de fonctionnaliser des nanoparticules d’or pour les rendre biocompatibles (thérapie et bioimagerie) et de fabriquer des nanostructures en 2D, par autoassemblage, pour la plasmonique.
Summary: We propose to functionalize gold nanoparticles to make them biocompatible (therapy and bioimaging) and to fabricate 2D nanostructures, by self-assembly, for plasmonics.

Sujet détaillé/Full description

Nos activités se concentrent sur la synthèse et l'auto-assemblage de nanoparticules d'or (Au-NPs) de haute qualité, avec des tailles et des formes variées, afin de disposer de matériaux appropriés pour la recherche dans les domaines de la plasmonique et du médical (thérapie/imagerie/diagnostic). Les propriétés de ces nanostructures sont étudiées en collaborant avec des experts afin de découvrir des propriétés inattendues (1-5).
Nous synthétisons des Au-NPs, non disponibles commercialement, tels que des cubes, triangles ou plaquettes de tailles et d’épaisseurs variables. L’excitation des plasmons déclenche une cascade de processus complexes qui amène ces NPs à se comporter comme des nanosources de lumière, de chaleur ou de porteurs chauds (électron/trou) selon leur morphologie, leur environnement proche et le mode d'irradiation (continu ou pulsé). Il a été montré récemment que ces Au-NPs, peuvent générer de l'oxygène singlet (1O2) et des radicaux libres de l'eau (ROS) utiles pour la photothérapie du cancer (projet PLAN CANCER Heppros). Les points chauds (électromagnétiques) existants entre des AuNPs organisées en réseaux bidimensionnel (2D) sur un substrat, offrent des interstices de très petites tailles dont nous tirerons parti pour exalter l’interaction lumière-matière, générer de la chaleur (thermoplasmonique) ainsi que des transferts de charge (nanophotochimie) de façon très localisée.

Le stage se déroulera au sein du LEDNA au CEA-Saclay (DRF-IRAMIS-NIMBE-LEDNA). Il consistera à développer un savoir-faire d’auto-assemblage en 2D de nanoparticules d’or à l’interface entre deux liquides. Dans un deuxième volet il s’agira de les enrober d’une couche de silice (cœur-coquille Au@SiO2) dans le but de les rendre biocompatibles et notamment permettre leur incorporation dans des neurones (projet ANR Sinapse). Ce travail pourra être poursuivi en thèse.

1-C Molinaro et al. , Phys Chem Chem Phys, 2018, “From plasmon-induced luminescence enhancement in gold nanorods to plasmon-induced luminescence turn-off: a way to control reshaping”
2-S. Mitiche et al. , J. Phys. Chem. C, 2017, “Near-Field Localization of Single Au Cubes, a Predictive Group Theory Scheme.”
3-M. Pellarin et al. , ACS Nano, 2016, “Fano Transparency in Rounded Nanocube Dimers Induced by Gap Plasmon Coupling.”
4-C.Molinaro et al. , J. Phys. Chem. C, 2016, “Two-photon luminescence of single colloidal gold nanorods: revealing the origin of plasmon relaxation in small nanocrystals”
5-E. Le Moal et al., Physical Review B, 2016, “Engineering the emission of light from a scanning tunneling microscope using the plasmonic modes of a nanoparticle”

Compétences/Skills

Chimie colloïdale et sol-gel. Microscopies électroniques MEB et TEM. Spectroscopie d'extinction en solution.
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Matériaux composites Si@C nanostructurés pour anodes de batteries Li-ion à haute densité d’énergie

Spécialité

Chimie des matériaux

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Ingenieur/Master

Unité d'accueil

Candidature avant le

22-03-2019

Durée

6 mois

Poursuite possible en thèse

non

Contact

HERLIN Nathalie
+33 1 69 08 36 84

Résumé/Summary

Dans le cadre de la recherche sur les batteries à haute densité d'énergie, le sujet porte sur l'élaboration de composites S-graphite en utilisant comme matériau actif des nanoparticules silicium pré-enrobées de carbone synthétisées au CEA. Ces composites seront testés en piles bouton. Le travail est localisé à Grenoble.

Sujet détaillé/Full description

Le silicium apparaît comme un matériau d’électrode négative prometteur pour les batteries Li-ion. En effet, sa capacité spécifique théorique de 3579mAh/g lui permet d’être une alternative au graphite (372mAh/g) pour les applications à haute densité d’énergie. Cependant, il présente une expansion volumique pouvant atteindre près de 300% lors de l’insertion du lithium. Ces variations de volume conduisent à la pulvérisation des particules et à l’instabilité de l’interface solide-électrolyte (SEI), et donc à la dégradation des électrodes et à la chute rapide des performances électrochimiques au cours des cycles de charge-décharge.

Des améliorations sont possibles en réduisant la taille des particules autour de 100nm afin de limiter la décrépitation mécanique [1] ou bien en développant des composites silicium-carbone avec des nanostructures complexes [2]. Ainsi, la structure des électrodes reste stable mais les phénomènes aux interfaces deviennent prépondérants et tous les critères de performances requis pour une densité d’énergie élevée ne sont plus respectés.

Des nanoparticules originales cœur – coquille de silicium revêtu de carbone, Si@C, sont synthétisées par un procédé de pyrolyse laser double étage dans le cadre d’une collaboration interne [3]. Ces particules, utilisées en tant qu’anode de batteries Li-ion, permettent d’obtenir des performances très intéressantes au niveau de l’état de l’art. Cependant, la surface spécifique élevée de ces nanopoudres est un inconvénient pour la mise en œuvre et la capacité spécifique irréversible initiale. L’objectif du stage est, dans un premier temps, de développer la synthèse de composites silicium – carbone à partir de ces nanoparticules en poursuivant des travaux en cours. Les matériaux Si@C sont mélangés à du graphite et à un précurseur organique de carbone transformé en carbone amorphe par décomposition thermique. Les performances électrochimiques de ces matériaux seront évaluées en pile bouton face à du lithium métal. Dans un second temps, les matériaux les plus performants seront testés en cellules Li-ion dans une configuration plus représentative de l’application finale.

[1] Liu X.H. et al, ACS nano, 6(2), 1522–1531, 2012.
[2] Wu H. et al , Nano Today 7, 414-429, 2012.
[3] One-step synthesis of Si@C nanoparticles by laser pyrolysis: high-capacity anode material for lithium-ion batteries
J. Sourice, A. Quinsac, Y. Leconte, O. Sublemontier, W. Porcher, C. Haon, A. Bordes, E. De Vito, A. Boulineau, S. Jouanneau, S. Larbi, N. Herlin-Boime and C. Reynaud, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 6637−6644.

Mots clés/Keywords

Electrochimie

Compétences/Skills

Méthodes d’élaboration et caractérisation de matériaux : fours, presses, DRX, BET, microscope... Mesures de propriétés électrochimiques

 

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