Synthesis and self-assembly of colloidal cadmium selenide semiconducting nanoplatelets

Synthèse et auto-assemblage de nanoplaquette colloïdales semiconductrice de séléniure de cadmium Les nanoplaquettes (NPLs) semi-conductrices de séléniure de cadmium (CdSe) se distinguent des autres nanomatériaux de par leurs propriétés optiques, polymorphiques et d’auto-assemblage uniques. En revanche, la compréhension extensive de leur synthèse n’est pas atteinte ce qui limite le contrôle précis de leurs dimensions latérales. De plus, les phénomènes physiques contrôlant leur organisation en microstructures organisées, telle que les chaînes (torsadées), demeurent flous, empêchant leur étude et leur utilisation pratique. Les deux objectifs de cette thèse sont, premièrement, la compréhension de l’effet des précurseurs de cadmium sur la synthèse des NPLs et l’identification des mécanismes clés pour la synthèse de longues chaînes de NPL auto-assemblées, avec l’objectif au long terme de maximiser le transfert d’énergie par résonance de type Förster au sein des chaînes.Le premier chapitre est dédié à un état de l’art sur le mécanisme de formation, la chimie de surface, le comportement colloïdal et l’auto-assemblage des NPLs en pavage 2D ou en chaînes. Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes concentrés sur l’impact des précurseurs de cadmium à longue chaîne carbonée sur l’épaisseur des NPLs. En fonction de la nature de la chaîne aliphatique et de la méthode de préparation, les précurseurs possèdent deux structures différentes ayant des dynamiques de dissolution différentes, une solubilisation lente induisant une augmentation de l’épaisseur. Le chapitre III propose une étude de l’influence de chaque paramètre expérimental sur la formation de chaînes de NPL. Ceci nous a permis d’identifier le rôle primordial de la teneur en eau dans l’atmosphère, de l’évaporation lente de l’hexane ainsi que du solvant de resuspension pour l’obtention de chaînes micrométriques uniques. Enfin, nous avons exploré l’auto-assemblage d’hétérostructures de NPL de type-I et II, qui possèdent de hauts rendements quantiques, via notre protocole précédemment élaboré. Ceci a mis en évidence une compétition entre l’empilement des NPLs et leur torsion en hélicoïdes lorsque la largeur de celle-ci excède une certaine valeur, en accord avec la théorie. Nous avons tenté de modifier la distance de séparation entre particules voisines par changement de ligand avec des chaînes alkyle plus petites. Ces expériences nous ont menés à la découverte de nouvelles superstructures et soulignent l’importance de la chimie de surface des NPLs dans le processus d’auto-assemblage.Ce travail démontre le rôle capital des précurseurs moléculaires dans le contrôle de la morphologie des nanocristaux ouvrant la voie vers la synthèse de nouveaux nanomatériaux. Aussi, une meilleure compréhension de l’auto-assemblage des NPLs a permis l’extension de ce procédé à des NPLs plus luminescentes. C’est un pas de plus vers la synthèse et l’utilisation concrète de nanomatériaux de haute valeur technologique.