Jafari, Maziar
(2024).
« Photo-induced force microscopy characterization of diazonium salts electrochemically reduced and grafted on 2D materials » Thèse.
Montréal (Québec), Université du Québec à Montréal, Doctorat en chimie.
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Résumé
Depuis son invention en 1985, la microscopie à sonde a progressé sur de nombreux plans, tant en termes de pouvoir de résolution que de diversité des techniques opérationnelles. Parmi ces techniques, la plus polyvalente est la microscopie à force atomique (AFM), inventée en 1986, un an après le premier microscope à effet tunnel. L'AFM se distingue par sa capacité unique à produire des images tridimensionnelles à des résolutions subatomiques sur pratiquement tous types d'échantillons. Contrairement aux microscopes optiques et électroniques, qui disposent de modules additionnels pour la caractérisation chimique des régions observées, l'AFM n'en possédait pas et accusait un retard dans ce domaine. Malgré plusieurs méthodes indirectes permettant de différencier les substances chimiques en se basant sur leurs propriétés physiques (thermiques, piézoélectriques, magnétiques, mécaniques, électriques), aucune ne permettait de sonder directement les signatures chimiques des molécules constituantes. En 1995, la première démonstration d'un microscope à sonde couplé à une source infrarouge, capable d'imagerie chimique haute résolution via détection photonique réfléchie, a été réalisée. Quinze ans plus tard, les optimisations en termes de rapport signal sur bruit, de facilité d'utilisation, de simplicité et de corrélation avec la spectroscopie infrarouge moderne ont conduit à l'émergence d'une nouvelle technique : la microscopie à force photo-induite (PiFM). Ces deux techniques utilisent un champ de proximité plasmonique qui amplifie les signaux de vibration spectroscopique de surface. La PiFM a marqué un tournant dans la technologie de la microscopie à force atomique. Depuis, cette technique a été appliquée à des centaines de cas de caractérisation, notamment en biologie, chimie inorganique, nanophotonique, polymères, semi-conducteurs et bien d'autres domaines. Parmi ces applications, la quizaine à laquelle j'ai contribué, détaillée dans l'annexe D de cette thèse, a considérablement enrichi la valeur scientifique et la compréhension tant surfacique que globale des matériaux fonctionnels étudiés. Après avoir testé et prouvé l'adaptabilité de cette technique, l'objectif principal de cette thèse était d'harmoniser la sensibilité de surface de la PiFM avec la caractérisation de surfaces de dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels modifiés par des molécules organiques liées de manière covalente. Cette approche originale visait à mieux illustrer le phénomène et à clarifier les rares études publiées sur ce sujet. Avant d'atteindre cet objectif, plusieurs sources de désinformation ont conduit à des échecs. Toutefois, même ces échecs se sont révélés fructueux lorsque la PiFM a permis de caractériser et derationaliser les causes de ces échecs. Une méthodologie alternative a conduit à l'étude de surfaces modèles d'électrodes en carbone et en or, démontrant la reconnaissance localisée à l'échelle nanométrique des sels de diazonium arylés, bien étudiés et bien connus, réduits électrochimiquement et greffés sous forme de films minces (parfois invisibles). De plus, la PiFM a montré une excellente sélectivité dans la détection des divers substituants aryles, appuyée par une technique de spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption modulée en polarisation, sensible à l'échelle sub-nanométrique et bien établie. Après avoir démontré la détection et l'imagerie irréfutables des dérivés arylés liés par covalence à la surface, j'ai réussi à illustrer avec une résolution sans précédent la fonctionnalisation électrochimique de la surface des dichalcogénures de métaux de transition en y réduisant les sels de diazonium arylés. En atteignant l'objectif initial, j'ai découvert une réactivité spécifique aux matériaux envers les sels de diazonium arylés, ainsi que la constatation que le mécanisme de détection étendu de la PiFM dépasse le niveau actuel de compréhension scientifique.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : caractérisation chimique et imagerie, spectroscopie infrarouge, matériaux bidimensionnels, sels de diazonium arylés, fonctionalization électrochimique de surface, microscopie à force photo-induite, haute-résolution
| Type: |
Thèse ou essai doctoral accepté
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| Informations complémentaires: |
Fichier numérique reçu et enrichi en format PDF/A. |
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Directeur de thèse: |
Siaj, Mohamed |
| Mots-clés ou Sujets: |
Matériaux bidimensionnels / Sels de diazonium / Microscopie à force photo-induite / Spectroscopie infrarouge |
| Unité d'appartenance: |
Faculté des sciences > Département de chimie |
| Déposé par: |
Service des bibliothèques
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| Date de dépôt: |
06 août 2024 13:51 |
| Dernière modification: |
06 août 2024 13:51 |
| Adresse URL : |
http://archipel.uqam.ca/id/eprint/17895 |
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