Études de réactivité environnementale : analyse physico-chimique en phase gazeuse de nanoparticules isolées
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Fig. 1a. XPS de nanoparticules libres par l’interaction d’un faisceau synchrotron avec un jet de nanoparticules. Fig. 1b. Spectre XPS Si(2p) de nanocristaux de Si isolés. Fig. 1c. Spectre XPS O(1s) de nanoparticules de TiO2 hydratées.

Du fait de leur taille, les nanoparticules présentent des réactivités bien particulières avec leur environnement qu'il est tout d'abord utile d'explorer pour bien les identifier et les caractériser, puis pour en exploiter les propriétés ou en maitriser les effets indésirables.

Avec ces objectifs, l'équipe LEDNA développe une nouvelle approche expérimentale de la spectroscopie de photoélectrons X (XPS), par interaction de rayonnement synchrotron avec un faisceau sous vide de nanoparticules libres, focalisé par un système de lentilles aérodynamiques1. Deux résultats d’expériences réalisées sur la ligne PLEIADES du synchrotron SOLEIL sont présentés pour illustrer l’efficacité de cette approche (Figure 1a) :

  • la structure de l'interface Si/SiO2 est ainsi sondée sans interaction avec un quelquonque substrat sur des nanocristaux de silicium (4-80 nm) préalablement oxydés à l'air ambiant² (Figure 1b) ou par traitement thermique sous air. La technique permet de sonder la présence des différents états d’oxydation à l’interface et d’en déduire l'épaisseur de la couche d’oxyde. Les nanoparticules les plus petites et les plus oxydées montrent une interface abrupte comportant des doubles liaisons Si=O.
  • l’adsorption d’eau à la surface de nanoparticules de TiO2 a aussi pu être étudiée en phase gazeuse3. La technique XPS permet ici l’observation d’une adsorption majoritairement dissociative de l’eau (groupements OH) à la surface du TiO2 en toute première phase (Figure 1c).

Références :

  • [1] In-situ characterization of nanoparticle beams focused with an aerodynamic lens by laser-induced breakdown detection
    F.-A. Barreda, C. Nicolas, J.-B. Sirven, F.-X. Ouf, J.-L. Lacour, E. Robert, S. Benkoula, J. Yon, C. Miron & O. Sublemontier, Sci. Report 5 (2015) 15696 .
  • [2]  X-ray photoelectron spectroscopy of isolated nanoparticles,
    O. Sublemontier, C. Nicolas, D. Aureau, M. Patanen, H. Kintz, X. Liu, M.-A. Gaveau, J.-L. Le Garrec, E. Robert, F.-A. Barreda, A. Etcheberry, Cécile Reynaud, J. B. Mitchell and C. Miron, J. Phys. Chem. Lett. 5 (2014) 3399.
  • [3] Water adsorption on TiO2 surfaces probed by soft X-ray spectroscopies: bulk materials vs. isolated nanoparticles.
    S. Benkoula, O. Sublemontier, M. Patanen, C. Nicolas, F. Sirotti, A. Naitabdi, F. Gaie-Levrel, E. Antonsson, D. Aureau, F.-X. Ouf, S.-I. Wada, A. Etcheberry, K. Ueda & C. Miron, Sci. Rep. 5 (2015) 15088.
 

Maj : 03/08/2018 (2907)

 

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