Précurseurs organométalliques de Ni pour la formation de nanoparticules de nickel dans un procédé respectueux des humains et de l'environnement

Abstract

Les nanoparticules de Ni possèdent des propriétés magnétique, chimique, et physique uniques qui ont mené à leur utilisation dans de nombreux domaines dont notamment la catalyse. La formation de matériaux nanocomposites à base de nanoparticules de Ni est également intéressante. L'ajout de nanoparticules confère en effet certaines propriétés aux matériaux telles qu'une meilleure résistance mécanique ou une meilleure conductivité électrique ou thermique. Parmi les nombreuses méthodes pour produire des matériaux nanocomposites, la voie organométallique offre un bon contrôle sur la taille et la forme finale des nanoparticules. Par ailleurs, il est important de tenir compte du fait que les nano-objets présentent un risque potentiel pour les manipulateurs et l’environnement si l’on veut pouvoir les utiliser dans de nouvelles technologies. Les études réalisées dans cette thèse ont pour objectif de pouvoir intégrer les synthèses de nanoparticules de Ni dans un procédé respectueux de l’humain et de l’environnement développé par l’équipe. La première étape de cette étude consiste à identifier et à synthétiser les précurseurs organonickel les plus favorables à la formation de nanoparticules de Ni(0) par hydrogénolyse. La seconde étape est centrée sur l’étude morphologique des nanoparticules qui en résultent. Cette étude se concentre sur l'influence de divers paramètres de réaction tels que la température, le temps de réaction et la nature des ligands sur la taille et la forme finales des nanoparticules. L'étude de ces paramètres est réalisée à travers l'outil du 2D plot construit à partir d’images MET. Leur analyse multivariée, ainsi qu’une analyse RMN approfondie des milieux réactionnels avant réduction nous permet d'appréhender les phénomènes de nucléation et de croissance. Afin d’étendre cette étude, les nanoparticules bimétalliques NiCu sont synthétisées et également analysés via l’outil du 2D plot. Nous avons découvert dans cette étude non seulement une réactivité intéressante du précurseur bis(indényle) de nickel vis-à-vis de la synthèse de nanoparticules de Ni, mais des tests préliminaires donnent des résultats prometteurs pour la solvolyse d’amine boranes. Ni nanoparticles possess unique magnetic, chemical and physical properties that have led to their use in many fields, including catalysis. The formation of nanocomposite materials based on Ni nanoparticles is also of interest. The addition of nanoparticles confers certain properties to the materials, such as enhanced mechanical strength or improved electrical or thermal conductivity. Among the many methods for producing nanocomposite materials, the organometallic route offers good control over the final size and shape of nanoparticles. On the other hand, it is important to bear in mind that nano-objects present a potential risk for both manipulators and the environment if they are to be used in new technologies. The aim of the studies carried out in this thesis is to integrate Ni nanoparticle synthesis into a human-friendly and environmentally friendly “safe-by-design" process developed by the team. The first step in this study is to identify and synthesize the organonickel precursors most suitable for the formation of Ni(0) nanoparticles by hydrogenolysis. The second stage focuses on the morphological study of the resulting nanoparticles. This study focuses on the influence of various reaction parameters such as temperature, reaction time and the nature of the ligands on the final size and shape of the nanoparticles. These parameters are studied using the 2D-size plot tool constructed from TEM images. Their multivariate analysis, together with an in-depth NMR spectroscopy analysis of the reaction media prior to reduction, enables us to understand nucleation and growth phenomena. To extend this study, NiCu bimetallic nanoparticles are also synthesized and analyzed using the 2D-size plot tool. In this study, we not only discovered an interesting reactivity of the nickel bis(indenyl) precursor towards the synthesis of Ni nanoparticles, but preliminary tests give promising results for the solvolysis of amine boranes.