Brevet FR3028428A1 — publié le 20160520

PROCÉDÉ DE PRÉPARATION D'UNE SOLUTION COLLOÏDALE DE NANOPARTICULES D'UN OXYDE MIXTE DE VANADIUM ET D'EUROPIUM OU D'UN OXYDE MIXTE DE VANADIUM, D'EUROPIUM ET D'YTTRIUM, ET UTILISATIONS DE LADITE SOLUTION DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine de la détection de molécules cibles, et en particulier de peroxydes tels que le peroxyde d'hydrogène, par des capteurs optiques basés sur les propriétés de fluorescence d'un matériau sensible. Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à un procédé de préparation par voie sol-gel d'une solution colloïdale ou « sol » de nanoparticules d'un oxyde mixte de vanadium et d'europium ou d'un oxyde mixte de vanadium, d'europium et d'yttrium, qui, outre d'être simple, rapide et très reproductible, permet d'obtenir des nanoparticules aux propriétés améliorées, notamment en termes de photostabilité (c'est- à-dire la stabilité sous irradiation lumineuse) et de rendement quantique de fluorescence, par rapport à celles que présentent les nanoparticules du même type proposées à ce jour. L'invention se rapporte aussi à la solution colloïdale ainsi obtenue. L'invention se rapporte également à un procédé de préparation de nanoparticules telles que précédemment définies ainsi qu'à ces nanoparticules. Cette solution colloïdale étant susceptible d'être utilisée, soit telle qu'elle soit sous la forme d'un film mince, comme matériau sensible dans un capteur optique à fluorescence destiné à détecter la présence de molécules cibles dans un milieu gazeux ou liquide, l'invention se rapporte également à un procédé permettant de préparer un film mince à partir de cette solution colloïdale ainsi qu'au film mince obtenu par ce procédé. L'invention se rapporte encore à l'utilisation de ladite solution colloïdale ou d'un film mince obtenu à partir de celle-ci, comme matériau sensible dans un capteur optique à fluorescence destiné à détecter la présence de molécules cibles dans un milieu 3028428 2 gazeux ou liquide, ainsi qu'à un capteur optique à fluorescence qui comprend cette solution colloïdale ou ce film mince comme matériau sensible. L'invention trouve un intérêt tout particulier dans la détection des peroxydes et notamment du peroxyde d'hydrogène. 5 Le peroxyde d'hydrogène est un composé à partir duquel il est possible de préparer artisanalement des explosifs comme le triperoxyde de triacétone (TATP) ou le triperoxyde d'hexaméthylène diamine (HMDT). Il est aussi un produit de décomposition de ces explosifs. Aussi, l'invention trouve-t-elle notamment application dans la lutte contre le terrorisme. 10 Les peroxydes étant, par ailleurs, des composés très instables qui se décomposent facilement en libérant, pour un certain nombre d'entre eux, des vapeurs inflammables, l'invention trouve également application dans la surveillance, à des fins sécuritaires, de locaux dans lesquels sont fabriqués, stockés et/ou utilisés des peroxydes ou des composés peroxydables, c'est-à-dire des composés qui, initialement, ne sont pas 15 des peroxydes mais qui sont susceptibles de se transformer au moins partiellement en peroxydes suite à un phénomène d'auto-oxydation, encore appelé peroxydation, ainsi que dans la surveillance de la pollution atmosphérique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Pour la détection de peroxydes, et notamment du peroxyde 20 d'hydrogène, sous la forme de vapeurs, il a été proposé dans la demande internationale PCT WO 2013/045646 (ci-après référence [1]) d'utiliser des films minces obtenus à partir de solutions colloïdales de nanoparticules d'un oxyde mixte de vanadium et d'europium ou d'un oxyde mixte de vanadium, d'europium et d'yttrium, comme matériaux sensibles dans des capteurs optiques à fluorescence. Ces solutions colloïdales sont obtenues par un procédé sol-gel dans lequel une solution aqueuse d'orthovanadate de sodium est ajoutée à une solution aqueuse de nitrate d'europium ou à une solution aqueuse comprenant à la fois du nitrate d'europium et du nitrate d'yttrium, puis le mélange résultant est laissé sous agitation, 3028428 3 pendant 30 minutes à 60°C. Une dialyse contre de l'eau est ensuite réalisée pour éliminer des solutions colloïdales ainsi obtenues les ions en excès présents dans ces solutions. Il est montré dans la référence [1] que des capteurs optiques à fluorescence comprenant des films minces préparés à partir de ces solutions colloïdales 5 comme matériaux sensibles permettent de détecter des vapeurs de peroxyde d'hydrogène avec une bonne sensibilité et une bonne spécificité vis-à-vis de solvants organiques comme l'éthanol, l'acétone et le toluène, et fournissent une réponse rapide et fiable. Il est également montré que ces capteurs ont une bonne tenue au vieillissement et ce, sans qu'il soit nécessaire de prendre de précautions particulières pour les conserver. 10 Néanmoins, dans la perspective de fournir des capteurs optiques à fluorescence pour la détection de peroxydes qui soient encore plus performants que ceux décrits dans la référence [1], les Inventeurs se sont fixé pour but d'améliorer les propriétés des nanoparticules d'oxyde mixte de vanadium et d'europium ou d'oxyde mixte de vanadium, d'europium et d'yttrium décrites dans cette référence, et notamment 15 leur photostabilité - ce qui permet de conférer aux capteurs une durabilité encore plus grande - et leur rendement quantique de fluorescence puisque celui-ci conditionne l'intensité de la fluorescence émise par les capteurs et, donc, l'efficacité de la détection des molécules cibles. Ils se sont également fixé pour but que l'amélioration des propriétés 20 desdites nanoparticules puisse être obtenue tout en continuant de synthétiser ces nanoparticules par un procédé sol-gel, compte-tenu des nombreux avantages que présente ce type de procédé, et que cette synthèse soit la plus reproductible possible. EXPOSÉ DE L'INVENTION Ces buts sont atteints par l'invention qui propose, en premier lieu, un 25 procédé de préparation d'une solution colloïdale S2 de nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une solution colloïdale S2 de nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 10 précurseurs d'oxydes métalliques sont des sels, des composés organométalliques ou des composés métallo-organiques. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les précurseurs d'oxydes métalliques sont des sels que l'on utilise sous la forme 15 de solutions aqueuses, alcooliques ou hydro-alcooliques. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que P1 est choisi parmi les orthovanadates et métavanadates de sodium, P2 est choisi parmi les nitrates, les chlorures, les fluorures, les sulfates, les acétates, les oxalates et les carbonates 20 d'europium tandis que P3 est choisi parmi les nitrates, les chlorures, les fluorures, les sulfates, les acétates, les oxalates et les carbonates d'yttrium. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la formation de la solution colloïdale S1 est réalisée à une 25 température de 5 °C à 95 °C. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pHs est comprise entre 8,5 et 10. 3028428 24 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que : - la réaction entre les précurseurs d'oxydes métalliques est obtenue par ajout fractionné d'une solution comprenant P2 ou P2 et P3 à une solution 5 comprenant P1; pH, est supérieure à pHs ; et l'ajout de la solution comprenant P2 ou P2 et P3 à la solution comprenant P1 a pour effet d'abaisser pH, en sorte qu'on laisse le pH du milieu baisser jusqu'à ce qu'il atteigne pHs, puis on maintient le pH du milieu à pHs jusqu'à la fin de 10 l'étape a). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que : P1 est un orthovanadate de sodium, P2 est un nitrate d'europium tandis que P3 est un nitrate d'yttrium ; 15 la solution comprenant P1 et la solution comprenant P2 ou P2 et P3 sont des solutions aqueuses ; et - pH, est comprise entre 12,3 et 13 tandis que pHs est comprise entre 8,8 et 9,2. 20 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le chauffage de la solution colloïdale S1 est réalisé à une température de 100 °C à 300 °C et à une pression de 1 bar à 85 bar. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 25 caractérisé en ce que le chauffage de la solution colloïdale S1 est réalisé pendant 1 minute à 60 minutes. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une purification de la solution colloïdale S2. 3028428 25 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend de plus le remplacement de tout ou partie du solvant de la solution colloïdale S2 par un autre solvant. 5 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les nanoparticules sont des nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est 0,5. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les 10 nanoparticules sont des nanoparticules de EuVO4 ou de Yo,5Euo,5VO4. 15. Solution colloïdale S2 de nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x 16. Procédé de préparation de nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x 17. Nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x 18. Procédé de préparation d'un film mince de nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x 19. Film mince de nanoparticules d'un oxyde mixte de formule YxEui_ xVO4 dans laquelle x est tel que 0 x 20. Utilisation d'une solution colloïdale S2 obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, ou d'un film mince obtenu par un procédé selon la revendication 18, comme matériau sensible dans un capteur optique à fluorescence pour détecter la présence d'au moins une molécule cible dans un milieu 10 gazeux ou liquide. 21. Capteur optique à fluorescence pour détecter la présence d'au moins une molécule cible dans un milieu gazeux ou liquide, comprenant une solution colloïdale S2 obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, 15 ou un film mince obtenu par un procédé selon la revendication 18, comme matériau sensible. 22. Utilisation selon la revendication 20 ou capteur selon la revendication 21, dans laquelle ou lequel la (les) molécule(s) cible(s) est (sont) un (des) 20 peroxyde(s), de préférence le peroxyde d'hydrogène.