Synthèse et propriétés physico-chimiques de nanoparticules produites par ablation laser de cibles métalliques et bimétalliques en milieu liquide

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1 Synthèse et propriétés physico-chimiques de nanoparticules produites par ablation laser de cibles métalliques et bimétalliques en milieu liquide Réunion commune des GdR Nanoalliages & Or-Nano 3/11/29 Rami MAHFOUZ Institut de Recherches sur la Catalyse et l Environnement de Lyon (UPR CNRS) F.J. Cadete Santos Aires, E. Ehret, J.C. Bertolini Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents (UMR 562) A. Brenier, B. Jacquier Lebanese Atomic Energy Commission (Liban) M. Roumié, B. Nsouli 1

2 plan Principe de la méthode Conditions expérimentales Intérêt de la méthode pour la catalyse Élaboration des nanoparticules bimétalliques Au-Ag et Ni-Pd Conclusion générale et perspectives 2

3 Bouchon Porte échantillon Principe de la méthode Lentille convergente Diaphragme Prisme Échantillon Fenêtre en verre ou en quartz Laser YAG λ = 532 nm Énergie = 4 mj/pulse Fréquence = 1 Hz, durée de la pulse = 8 ns Focalisation (2 mm) Temps d ablation : variable Faisceau Laser 3

4 4

5 Intérêt de la méthode pour la catalyse 1-Méthode facile et rapide d élaboration des solutions pures de NPs métalliques dans différents solvants 2-utilisation directe des solutions obtenues dans des réactions catalytiques en phase liquide Cat al yseurs à base d' or 3- élaboration des solutions colloïdales de NPs bimétalliques à partir de barreaux bimétalliques Ph H TBHP 5 %mol Ph O H Temps Ni dans l eaul Diamètre Masse 2 d ablation moyen Conditions de (μg) réaction : Trans-stilbène 186 mg (1 mmol); 7%TBHP dans H (min) (nm) 2 O 7 μl (.5 mmol); MCH : 2 ml 2 Temps 49 solvant 5,3 ± 4,2 T m 4 (min) 82 3,6 ± 2,4 (nm) Pd toluène 3,7 ± 1,5 6,2 Au ,4 MCH ± 1,7 6, , ± 1,6 H masse ablatée ( μg) Ph Met hyl cycl ohexane MCH 8 C, 24h échantillon Temps d ablatio n (min) H T m (nm) Ph Masse estimée (µg) V. Caps, P. Lignier C (%) R (%) S (%) Au/TiO 2 -P25 (réf f ) 3, Au (MCH) 4 8,2 < temps d'ablation (min) Au poudre (réf f 1) Au poudre (réf f 2)

6 Élaboration des nanoparticules bimétalliques Au 75 Ag 25 et Ni 75 Pd 25 Au 75 Ag 25 dans l eau Ni 75 Pd 25 dans l eau 2 min 4 min 2 min 2 min 4,5 min 8 min 16 min 6

7 Élaboration des nanoparticulesau 75 Ag 25 abundance minutes 5 5<d 1 1<d 15 15<d 2 2<d 25 >3 size of particles d(nm) Temps (min) T m (nm) 1 D 1nm Masse ablatée (µg) abundance minutes augmentation de la taille moyenne des NPs abundance <d 1 1<d 15 15<d 2 2<d 25 >3 size of particles d(nm) 2 minutes Photofusion sous faisceau laser 532nm 5 5<d 1 1<d 15 15<d 2 2<d 25 >3 size of particles d(nm) 7

8 HR-TEM (2 ) 2.4 nm (1-1 1) 2.35 nm 55 7 (1 1-1) 2.35 nm [ 1 1] (2 ) (1-1 1) (1 1-1) Structure CFC 8

9 Échantillons Au-Ag EDX/UV-vis pourcentage atomique (%) Au-Ag 2 min zone de particules pourcentage atomique (%) Au-Ag 4 min zone de particules pourcentage atomique (%) Au-Ag 2 min zone de particules absorbance,6,5,4,3,2,1 Au,75 Ag,25 Ag Au 495 nm 39 nm 52 nm 2 min 4 min 2 min longueur d'onde (nm) 9

10 Élaboration des nanoparticules Ni 75 Pd 25 nombre de particules min T m = 3,4 ± 2,4 nm nombre de particules min 3sec T m = 3,4 ± 2 nm >15 taille de particules taille de particules 3 5 nombre de particules min T m = 3,4 ± 1,8 nm nombre de particules min T m = 2,7 ± 1,5 nm tailles de particules taillle de particules

11 Échantillons Ni-Pd HR-TEM,221nm,221nm,221 nm 55,193,193 nm 7,221nm Structure CFC 11

12 Échantillons Ni-Pd EDX pourcentage atomique (%) Ni-Pd 2 min zone de particules pourcentage atomique (%) Ni-Pd 4,5 min zones de particules pourcentage atomique (%) Ni-Pd 8 min zones de particules pourcentages atomique (%) Ni-Pd 16 min zones de particules 12

13 Échantillons Ni-Pd Temps d ablation d (min) Taille moyenne (nm) PIXE [Ni]/[Pd] massique EDX [Ni]/[Pd] massique 2 3,4 ± 2,4.8,75 4,5 3,4 ± 2.95,91 8 3,4 ± 1, , ,7 ± 1, ,58 rapport massique Ni/Pd 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 PIXE R 2 =, temps d'ablation 5 45 O 16 min (c) Ni 25 2 Pd channel RBS sur la surface d impact laser 5 45 O 4,5 min (b) channel min (a) channel Ségrégation du Ni suivant le temps d ablation? 13

14 Calcul du % atomique en Ni et Pd dans les NPs après ségrégation Nombre d atomes/pulse = malliage M alliage.1 6 N t f nombre d'atomes/pulse Nombre de plans/pulse = nombre of atomes/plan = m M m alliage : mass ablatée de la cible (µg)(temps court) M alliage : masse molaire de l alliage (g/mol) N: nombre d Avogadro t: temps d ablation (secondes) f: fréquence du laser alliage alliage.1 N t f D S 6 1 Plan % Ag 1 33,5 2 23,5 3 21, moyenne 25,6 pourcentage atomique (%) Au-Ag 2 min zone de particules pourcentage atomique (%) Ni-Pd 2 min zone de particules Plane % Pd Average 37 14

15 Conclusion et perspectives Élaboration des nanoparticules métalliques et bimétalliques dans différents solvants Démonstration d application en catalyse (époxydation du Trans-stilbène) recherche des applications en catalyse en milieux liquides concernant Au-Ag et Ni-Pd : La composition des particules Au-Ag est la même que celle de la cible à différents temps d ablation identifiés par EDX et UV-vis Élaboration des nanoparticules Ni-Pd de Taille 2-4 nm la composition des particules est homogène mais elle change suivant le temps d ablation Forte possibilité d un effet de ségrégation 15

16 Merci pour votre attention 16