Authors: Taisiia Sikolenko
Source: theses.fr (ABES) (preprint, 2020-12-16)
Field: Materials Science — Materials Chemistry

Electrogenerated Mesoporous Silica Thin Films : Thickness Control and Electroanalytical Applications La modification d’électrodes par des films de silice mésoporeuse (FSM) ouvre des perspectives intéressantes dans le développement de capteurs électrochimiques. En particulier, la combinaison de la méthode électrochimique EASA (electrochemically-assisted self-assembly) permet d’obtenir des films fins et réguliers de silice mésoporeuse, de structure hexagonale et des pores perpendiculaire à la surface du support. Ces caractéristiques singulières contribuent à des transports de matière extrêmement rapides et indispensables aux applications type capteurs. La première partie du projet est centrée sur la réduction de l'épaisseur du FSM pour obtenir le plus fin tout en préservant sa structure hexagonale organisée et minimiser les effets négatifs du dépôt tout en ne gardant que ses bénéfices. Nous avons tout d’abord déterminé que, par la méthode de déposition EASA, l’épaisseur minimale d’un film homogène et sans défaut pouvant être atteinte dans nos conditions opératoires ([Si] = 100 mM, 32 mM CTAB) est de 80 ± 9 nm pour 10 s du potentiel -1.3V/Ag appliqué. Notre approche pour obtenir des couches plus fines que cela a consisté à dissoudre le FSM par voie humide, en utilisant le fluorure d’ammonium, NH4F, comme réactif «doux». La dissolution la plus contrôlée a été observée pour les FSMs dont le tensioactif est conservé dans la structure poreuse. La présence du CTAB favorise le transport et l’accumulation des ions fluorure dans le film accélérant ainsi la réaction (1.1 nm/min avec NH4F 0.05 M). L’épaisseur du FSM le plus fin obtenu dans ces conditions est de 28 ± 9 nm. Lorsque le traitement est mené sur des FSMs pour lesquels le tensioactif a été extrait par voie humide ou par calcination, l’épaisseur la plus petite atteinte sans créer de défaut dans le film est seulement de 57 ± 11 nm. Dans la deuxième partie de l'étude, les FSMs ont été fonctionnalisés par un complexe organométallique de ruthénium(II) dans le but d’essayer de développer une plateforme d'électrochimiluminescence pour la détection du glyphosate. L’originalité de l’approche est le choix d’immobiliser de manière covalente le complexe ruthénium(II) tris(bipyridine), Ru(bpy)₃²⁺, au sein du FSM. L’approche par chimie «click» a été privilégiée et réalisée sur un FSM modifiée par des groupements azoture préparé par co-condensation. Les premiers résultats électrochimiques obtenus en présence de glyphosate ont montré que la présence du pesticide conduit à une modification du signal électrochimique quelle que soit la nature de l’électrode utilisée. La détection de l’herbicide est ainsi possible. On remarque cependant que la nature du signal enregistré avec une électrode modifiée par un FSM où le complexe organométallique a été préalablement greffé est différent de celui obtenu avec les autres électrodes et pas encore totalement expliqué. Materials science ; Mesoporous material ; Electrode ; Mesoporous silica ; Coating ; Chemical engineering ; Deposition (geology) ; Indium tin oxide ; Silanol ; Nanotechnology ; Etching (microfabrication) ; Layer (electronics) ; Sol-gel ; Thin film ; Composite material ; Chemistry ; Organic chemistry Mesoporous Materials and Catalysis ; Analytical Chemistry and Sensors ; Gas Sensing Nanomaterials and Sensors