Description du sujet de thèse

Électrodes photoélectrochimiques plasmoniques robustes et réutilisables : nanosondes individuelles en phase liquide

Parmi les nombreux problèmes environnementaux et sociétaux auxquels le monde est confronté de nos jours, la pollution de l'air et de l'eau est une préoccupation majeure. Dans ce contexte, le développement de nouvelles techniques de détection, rapides et très sensibles, devient cruciales. À cet égard, il a été démontré que les nanoparticules métalliques (MNP) sont des capteurs optiques sensibles grâce à leur résonance plasmon de surface localisée (LSPR) dont les caractéristiques dépendent de leur composition et de leur morphologie (forme et taille), mais aussi de leur environnement local. Plus précisément, les nano-bipyramides d'or (AuBPs) sont des candidats très prometteurs car ils présentent une LSPR avec un facteur de qualité élevé et donc une forte sensibilité à l'environnement.
Notre projet vise à développer un dispositif permettant la détection, en régime dynamique et avec une grande sensibilité, de substances polluantes comme les ions lourds en milieu liquide. La technologie sera basée sur une détection plasmonique déclenchée électrochimiquement permettant le suivi en temps réel de divers processus physico-chimiques à l'échelle de la nanoparticule unique et sur des échelles de temps permettant la réalisation de spectres à large bande sur des temps de quelques secondes, permettant ainsi le suivi de la cinétique de réaction par spectroscopie plasmonique.

Contexte de travail

La thèse sera accueillie à l’Institut Lumière Matière (ILM) situé à Villeurbanne. L'institut Lumière Matière (iLM) est une unité de recherche CNRS-Université Lyon 1 localisée sur le campus Lyon Tech La Doua. Avec environ 300 collaborateurs dont une centaine de doctorants et post-doctorants, 150 stagiaires par an, l’iLM est un acteur majeur de la recherche en physique et chimie sur la région Auvergne Rhône Alpes, reconnu internationalement pour l’excellence de sa recherche.
La personne recrutée sera impliquée dans les deux parties du projet (synthèse chimique et spectroscopie optique). La première partie concernera l'élaboration des dispositifs consistant en des AuBPs greffées immobilisées sur un substrat de verre transparent et conducteur, permettant la détection photo-électrochimique de métaux lourds spécifiques tels que le plomb, le mercure ou le cobalt. En ce qui concerne la spectroscopie optique, la technique de spectroscopie à modulation spatiale (SMS) dans un environnement liquide s'est avérée très sensible pour détecter de petites variations de l'indice optique de l'environnement d'AuBPs uniques. La combinaison de cette technique SMS avec des études électrochimiques utilisant un potentiostat sera réalisée sans et avec une concentration donnée de métaux lourds dans la solution. La sensibilité des AuBP simples à détecter la présence de métaux lourds sera alors étudiée de manière approfondie. Ensuite, la possibilité d'effectuer des mesures dynamiques au niveau de la nanoparticule unique sera étudiée.
Le candidat ou la candidate devra est titulaire d'un master de physique avec des compétences avancées en optique et spectroscopie. De bonnes bases en chimie des nanoparticules et électrochimie seront un atout supplémentaire.

Contraintes et risques

Techniques/méthodes utilisées : spectroscopie optique sur des NP uniques, voltampérométrie, synthèse de NP, greffage de NP, électrochimie.
Partenariat : Laboratoire de Chimie de Lyon, ICL-ENS Lyon