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

La pollution environnementale provoque des dégâts irréparables dans le milieu naturel et pour les sociétés humaines. Dans ce contexte, on propose de développer un dispositif permettant de détecter en régime dynamique et avec une grande sensibilité des substances polluantes comme les ions lourds en environnement liquide. La technologie sera basée sur une détection plasmonique déclenchée par voie électrochimique 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 de réaliser des spectres large bande en quelques secondes, permettant ainsi de suivre la cinétique réactionnelle par spectroscopie plasmonique.
Le dispositif consistera en des nano-bipyramides d'or greffés (AuBPs) immobilisés 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. La sélectivité des atomes ciblés sera assurée par l'application d'un potentiel donné conduisant à réduire uniquement les atomes concernés sur les AuBPs. La réduction des éléments de métaux lourds sur la surface de la bipyramide, contrôlée électrochimiquement, induira des modifications de sa réponse plasmonique détectable au niveau de la nanoparticule unique grâce à la technique de spectroscopie à modulation spatiale, permettant l'élimination des effets de moyenne, qui apparaissent dans les mesures sur des assemblées. La réutilisabilité des échantillons sera assurée par l'application d'un potentiel qui libérera par oxydation les éléments précédemment déposés, tout en conservant les nanoparticules d'or intactes.
Il est essentiel de suivre et de comprendre l'évolution de la réponse optique au niveau d'un seul AuBP au cours du processus. C'est pourquoi un nouveau dispositif, permettant des mesures ultra-sensibles "single-shot" de spectres optiques « large bande spectrale » autour du pic de la résonance plasmon de surface localisé (en quelques secondes au lieu de quelques dizaines de minutes) d'une seule AuBP d'or sera développé. Des observations de la cinétique du processus avec un rapport signal/bruit élevé seront alors possibles (enregistrement de plusieurs spectres pendant le temps de réduction des ions métalliques sur la AuBP). Dans un deuxième temps, un système micro-fluidique sera ajouté à l'installation pour les mesures dynamiques en milieu liquide, ouvrant la voie, à plus long terme, à un prototype de dispositif ultra-sensible, sélectif et réutilisable pour la détection efficace d'atomes lourds dans différentes sources d'eau (hors du champ d'application du projet).
Ce programme ouvre des perspectives plus ambitieuses axées sur les aspects environnementaux avec la possibilité de suivre en temps réel de nombreux processus physico-chimiques par spectroscopie optique à l'échelle de la particule unique dans un environnement liquide ou gazeux.