Nucléation – croissance des nanomatériaux en phase liquide

Les synthèses en phase liquide sont des méthodes très versatiles pour fabriquer des nanostructures de taille, forme et structure contrôlées. Cependant, le manque de technique efficace pour visualiser la dynamique des nano-objets en solution engendre de nombreuses spéculations, et parfois même des contradictions, dans les descriptions des mécanismes de nucléation / croissance. Ce verrou scientifique a longtemps favorisé l’utilisation d’approche empirique pour améliorer les protocoles de synthèse. Le laboratoire MPQ a été le premier laboratoire français à exploiter la microscopie électronique en transmission en cellule liquide dans le but d’apporter des informations in situ sur les mécanismes de formation des nanoparticules d’or anisotropes et des nanoparticules bimétalliques. De façon remarquable, cette technique permet de distinguer les effets cinétiques imposés par la vitesse de croissance et les effets thermodynamiques dictés par la stabilité des nanostructures dans leur environnement. Ainsi, nous pouvons porter un regard nouveau sur de nombreuses stratégies couramment employées en chimie des colloïdes pour contrôler la taille et la forme des nanoparticules. Nous étudions notamment le rôle des germes ou de la fonctionnalisation organique exploités pour induire des croissances anisotropes, l’impact de la cinétique de formation ou de la presence de bio-templates, mais aussi d’autres réactions chimiques comme la dissolution oxydative ou le remplacement galvanique. Ces informations mécanistiques permettent de confirmer des théories existantes ou de révéler de surprenants processus de croissance dans le but de mieux contrôler la synthèse de nanomatériaux par voies chimiques et de fabriquer des nano-architectures encore plus sophistiquées.

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Haut : Schéma de principe et vue transverse d’une cellule liquide utilisée pour étudier la dynamique des nanomatériaux en solution par MET (© Protochips).

Bas : Croissance d’une nano-plaquette d’or dans du methanol.

VOIR notre article video publié dans JOVE method en 2021 pour plus d’info techniques sur les expériences et l’analyse de données TEM liquide

Projet :

PLASMAG et GLOIRE (SEAM Labex)

Publications :

In Situ Insights into the Nucleation and Growth Mechanisms of Gold Nanoparticles on Tobacco Mosaic Virus
Cora Moreira Da Silva, Nathaly Ortiz-Peña, Leïla Boubekeur-Lecaque, Jakub Dušek, Tomáš Moravec, Damien Alloyeau, Nguyêt-Thanh Ha-Duong
Nanoletters 23, 11, 5281–5287 (2023)

Quantitative In Situ Visualization of Thermal Effects on the Formation of Gold Nanocrystals in Solution
A. Khelfa, J. Nelayah, H. Amara, G. Wang, C. Ricolleau, D. Alloyeau
Advanced Materials 33 (38), 2102514 (2021)

Studying the Effects of Temperature on the Nucleation and Growth of Nanoparticles by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy
A. Khelfa, J. Nelayah, G. Wang, C. Ricolleau, D. Alloyeau
JOVE 168, e6222 (2021)

Selective shortening of gold nanorods : when surface functionalization dictates the reactivity of nanostructures (2020)
A. Khelfa, J. Meng, C. Byun, G. Wang, J. Nelayah, C. Ricolleau, H. Amara, H. Guesmi, and D. Alloyeau
Nanoscale 12, 22658 (2020)

Structural Analysis of Single Nanoparticles in Liquid by Low-Dose Stem Nanodiffraction
A. Khelfa ; C. Byun ; J. Nelayah ; G. Wang ; C. Ricolleau ; D. Alloyeau
Micron 116, 30-35 (2019)

Attachment of Iron Oxide Nanoparticles to Carbon Nanofibers Studied by in-Situ Liquid Phase Transmission Electron Microscopy
N. A. Krans ; N. Ahmad ; D. Alloyeau ; K. P. de Jong ; J. Zečević
Micron 117, 40-46 (2019)

Exploring the Formation of Symmetric Gold Nanostars by Liquid-Cell Transmission Electron Microscopy
Nabeel Ahmad, Guillaume Wang, Jaysen Nelayah, Christian Ricolleau, and Damien Alloyeau
Nano Lett. 17 (7), 4194–4201 (2017)

Driving Reversible Redox Reactions at Solid / Liquid Interfaces with the Electron Beam of a Transmission Electron Microscope
N. Ahmad, G. Wang, J. Nelayah, C. Ricolleau, D. Alloyeau
Journal of Microscopy DOI : 10.1111/jmi.12568 (2017)

Growth of dendritic nanostructures by liquid-cell transmission electron microscopy : a reflection of the electron-irradiation history
N. Ahmad, Y. Bouar, C. Ricolleau, D. Alloyeau
Advanced Structural and Chemical Imaging (2016), 2 (1), 9-19

Unravelling Kinetic and Thermodynamic Effects on the Growth of Gold Nanoplates by Liquid Transmission Electron Microscopy
Damien Alloyeau, Walid Dachraoui, Yasir Javed, Hannen Belkahla, Guillaume Wang, Hélène Lecoq, Souad Ammar, Ovidiu Ersen, Andreas Wisnet, Florence Gazeau, and Christian Ricolleau
Nano Letters 15, 2574−2581 (2015)