ED Sciences Chimiques
Synthèse de nanoparticules à chaîne unique pour la catalyse et la détection
par Jokin PINACHO OLACIREGUI (Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques)
Cette soutenance a lieu à 11h00 - Auditorium Paseo Manuel de Lardizabal, 5, 20018, Donostia – San Sebastián (Gipuzkoa) – SPAIN
devant le jury composé de
- Maria PAULIS - Professeure - Polymat (UPV/EHU) - Examinateur
- Guillaume FLEURY - Professeur - LCPO - Organic Polymer Chemistry Laboratory - Examinateur
- Alexander BITTNER - Research Professor - CIC Biomagune - Rapporteur
- Jaime MARTIN - Docteur - Universidad de Coruña - Rapporteur
- Berta GOMEZ-LOR - Docteure - ICMM-CSIC - Examinateur
Cette thèse explore la conception, la synthèse et les applications des nanoparticules à chaîne unique (SCNPs), en se concentrant sur leur intégration avec des éléments métalliques pour la détection et la catalyse. Les SCNPs, formées par le repliement et la réticulation intramoléculaire de chaînes polymères uniques, présentent des propriétés uniques telles qu'une surface élevée, une taille ajustable et des capacités d'encapsulation, ce qui les rend prometteuses pour la nanomédecine, la catalyse et la science des matériaux. Le chapitre 1 fournit un aperçu de la formation, des propriétés et des applications des SCNPs, établissant le cadre de la recherche. L'étude vise à améliorer les fonctionnalités des SCNPs en incorporant des métaux comme les lanthanides (Eu, Tb, Dy), l'or, le platine et le cuivre, en exploitant leurs propriétés électroniques, de surface et optiques pour améliorer les performances catalytiques et de détection. Par exemple, l'or améliore le transfert d'électrons, le platine offre une activité catalytique robuste, et les lanthanides permettent une détection environnementale sensible. Le chapitre 2 se concentre sur la synthèse de SCNPs hydrosolubles contenant des lanthanides pour la détection visuelle des ions Cu²⁺ dans l'eau potable. Ces SCNPs, incorporant Eu, Tb et Dy, présentent des changements de couleur de fluorescence distincts sous lumière UV lors de la liaison avec Cu²⁺, permettant un test visuel simple des niveaux de cuivre. La synthèse implique un copolymère aléatoire amphiphile avec des groupes β-cétoester qui complexent les lanthanides, formant des SCNPs hydrosolubles. La caractérisation par SEC, DLS, ICP-MS et spectroscopie de fluorescence confirme la formation réussie des SCNPs et leur sensibilité au Cu²⁺. Les résultats démontrent le potentiel des SCNPs à base de lanthanides comme capteurs faciles à utiliser pour la surveillance environnementale, en particulier pour assurer la sécurité de l'eau potable. Le chapitre 3 explore la synthèse de nanoclusters d'or (Au-NCs) au sein des SCNPs, imitant l'activité des métalloenzymes pour la catalyse en milieu aqueux. En utilisant un copolymère amphiphile, des Au-NCs de moins de 5 nm sont encapsulés dans les SCNPs, avec les groupes β-cétoester agissant comme réducteurs et stabilisants. La caractérisation par TEM, DLS et spectroscopie UV-Vis confirme la formation stable des Au-NC/SCNPs. Ces nanostructures servent de nanoréacteurs catalytiques pour la réduction de composés nitrés dans l'eau, montrant leur potentiel dans la catalyse, la biomédecine et les applications énergétiques. Ce travail met en lumière la promesse des SCNPs intégrant des nanoclusters métalliques pour des systèmes catalytiques avancés. Le chapitre 4 introduit des SCNPs hétérobimétalliques Pt(II)/Cu(II) pour la catalyse, utilisant la génération de carbènes photoactivés et la complexation métallique pour replier le polymère en nanoparticules. Ces SCNPs démontrent une efficacité élevée dans les réactions d'hydrogénation semi-sélective des alcynes et de dioxygénation des alcènes en un seul pot, réalisées dans un solvant vert, le N-butylpyrrolidone. Cette approche s'aligne sur les principes de la chimie verte, minimisant l'utilisation de solvants toxiques et améliorant la durabilité. L'étude fait progresser la science catalytique en développant des nanocatalyseurs efficaces et respectueux de l'environnement, avec des implications pour la synthèse organique et les procédés industriels. En résumé, cette thèse fait progresser la recherche sur les SCNPs en intégrant des métaux pour améliorer leurs capacités catalytiques et de détection, contribuant à la nanotechnologie, à la science des matériaux et à la chimie verte. Les résultats ouvrent de nouvelles voies pour les applications des SCNPs dans la surveillance environnementale, la catalyse et les procédés industriels durables.