Deux configurations différentes, à savoir en microcanal et en cuve de spectroscopie utilisant un laser UV, sont conçues pour effectuer la photodéposition de plots métalliques uniques sur du TiO2. Des nanoparticules cristallines d’anatase de formes et de tailles variées sont synthétisées à dessein et utilisées comme semi-conducteurs pour cette réaction photochimique. Quatre précurseurs de métaux avec différents états de valence (Ag (I), Au (III), Pd (II) et Pt (IV)), sont réduits de manière photochimique à la surface de TiO2. Plusieurs techniques, notamment XPS, TEM / HRTEM, spectroscopie UV-vis, sont utilisées pour caractériser l'état chimique, la distribution en taille et en nombre des points métalliques et le comportement d'absorption des nanoparticules Metal-TiO2. On obtient des nano-hétérodimères avec un plot Ag, Au, Pd et Pt par TiO2, ce qui montre que le dépôt au laser semble être beaucoup plus efficace dans ce cas que celui de la photodéposition par lampe UV habituelle, suggérant que le flux de photons compte beaucoup plus que l'énergie déposée. Les hétérodimères Ag-TiO2 sont synthétisés avec succès par les deux méthodes de dépôt au laser. Le nombre et la distribution de taille des plots d’Ag dépendent des capteurs de trous, du pH et du précurseur métallique. Un modèle de croissance prédit bien la variation de la taille de l'argent dans le processus de photodéposition. L'extension de la synthèse à d'autres précurseurs métalliques (KAuCl4, Na2PdCl4 et H2PtCl6) à l'aide des deux configurations a conduit à la formation d'hétérodimères de TiO2 à base d'or, de palladium et de platine. La loi de croissance de l'or peut aussi être raisonnablement prédite, bien qu'elle ne soit pas aussi bonne que dans le cas de l'Ag, alors que notre modèle ne fonctionne pas dans le cas de Pd et de Pt. Enfin, des nanoobjets bimétalliques à structure coeur-écorce (Au@M)-TiO2 (M = Ag, Pd, Au et Pt) ont été synthétisés avec succès par une méthode de dépôt simple par laser UV en deux étapes en configuration cuve de spectroscopie. / Two different setups, namely microchannel and cuvette setups using UV laser, are built to perform the photodeposition of a single metal dotson TiO2. Crystal anatase TiO2 nanoparticles with various shapes and sizes, are synthesized on purpose and used as semiconductors for this photochemical reaction. Four metal precursors with different valence states, i.e. Ag(I), Au (III), Pd(II) and Pt(IV) ions, are photochemically reduced on the surface of TiO2. Several techniques, including XPS, TEM/HRTEM, UV-vis spectroscopy, are performed to characterize the chemical state, size and number distribution of metal dots, and the absorption behaviours of the Metal-TiO2 nanoparticles. Nano-heterodimers with one Ag, Au, Pd and Pt per TiO2 are obtained showing that laser deposition seems to be much more efficient in this case than of the usual UV lamp photodeposition, suggesting that the flux of photons matters much more than the deposited energy. Ag-TiO2 heterodimer nanoparticles are successfully synthesized by the two laser deposition methods. The number and size distribution of Ag dots are dependent on hole scavengers, pH and metal precursor. A growth model well predicted the silver size variation in the photodeposition process. Extending the synthesis to other metal precursors (KAuCl4, Na2PdCl4 and H2PtCl6) using both setups led to the formation of gold, palladium and platinum-based heterodimers with TiO2. The growth law of gold can reasonably be predicted as well, although it is not as good as in the case of Ag, while our model did not work in the case of Pd and Pt. Finally, bimetallic core-shell structured (Au@M)-TiO2 (M=Ag, Pd, Au and Pt) nanoobjects were successfully synthesized by a simple two-step UV laser deposition method in the cuvette setup.

L’expression "Nanoparticules Janus" est utilisée pour se référer aux nanoparticules colloïdales faites de deux moitiés qui présent deux propriétés physiques et/ou chimiques différentes. Au cours des dernières années, plusieurs études théoriques ont été publiées sur les possibilités d’auto-assemblage offertes par ces particules (en particulier par Sciortino, F. et al.), mais peu de travail expérimental a été fait sur ce sujet. Les études théoriques suggèrent que beaucoup de comportements intéressants apparaissent quand la taille des particules s’approche de la portée d’interaction des forces en jeu (des dizaines de nanomètres dans le cas des forces de Van der Waals et des forces hydrophobes). Dans ce manuscrit, nous montrons la formation d’agrégats des hétérodimères de Au–SiO₂ d’une taille inférieure à 100nm. L’auto-assemblage a été déclenché par un échange du ligand hydrophile sur la surface de l’or par un ligand hydrophobe induisant une interaction attractive. L’assemblage a été suivi par spectroscopie d’absorption résolue dans le temps et diffusion des rayons X aux petits angles. Nous avons constaté que les thiols les plus courts ont une période d’induction plus longue et forcent les particules à se rapprocher davantage, comparé à des thiols avec des chaînes plus longues. Nous étudions également un second système : des nanoplaquettes de CdSe. Celles-ci sont des objets quasi-2D en matériau semiconducteur avec des propriétés optiques uniques. Ces propriétés résultant de leur taille réduite dans une dimension. Du fait de leur nouveauté et de leur particularité, leur nucléation et le remarquable mécanisme de croissance de ces particules sont toujours étudiés. Ainsi nous avons suivi leur synthèse par SAXS et WAXS in situ, afin d’obtenir des informations en ce qui concerne ces deux étapes, et notamment d’étudier la déformation de certains de ces systèmes sous forme de feuillets enroulés de CdSe. Les nanoplaquettes de CdSe ont été aussi utilisés pour créer des structures hybrides CdSe–Au. La combinaison de ces deux matériaux a déjà montré des effets uniques, comme une meilleure efficacité catalytique et, combiné avec la dimension réduite et le contrôle des plaquettes, pourrait aboutir à des caractéristiques encore plus intéressantes. Nous proposons une méthode de synthèse qui aboutit à la formation de petites sphères d’or sur les coins des plaquettes. Nous montrons que la taille des sphères dépend de la quantité de précurseur utilisée, et des images de microscopie électronique à haute résolution mettent en évidence la structure cristalline des deux matériaux. / "Janus nanoparticles" is the term used to refer to colloidal nanoparticles made of two halves with different physical and chemical properties. Over the last years, several theoretical studies have been published on the self-assembly possibilities offered by these particles (in particular by Sciortino, F. et al.), but little experimental work has been done on them. The theoretical studies suggest that many interesting behaviors appear when the size of the particles approaches the interaction range of the forces at play (tens of nanometers in the case of van der Waals and hydrophobic forces). In this manuscript, we show the formation of clusters of Au–SiO₂ heterodimers with sizes of less than 100nm. The self-assembly was induced by exchanging the hydrophilic ligand on the Au surface with a hydrophobic one, which provided the attractive interaction. The assembly was followed by time-resolved absorption spectroscopy and small-angle X-ray scattering. We found that shorter thiols have a longer induction period, and cause the particles to come closer together, compared to thiols with longer tails. We also study a second system: CdSe nanoplatelets. These are semiconducting quasi-2D structures with unique optical properties. These properties result from their reduced size in one of the dimensions. Because of their novelty and particularity, the nucleation and growth mechanism of these particles is still being studied. We followed the synthesis using in-situ SAXS and WAXS, to obtain information with regards to this mechanism and to study the deformation which occurs in some of these systems which leads to rolled up sheets of CdSe. The CdSe nanoplatelets were also used to create hybrid CdSe–Au structures. The combination of these two materials has already proven to produce unique effects such as enhanced catalysis and, combined with the reduced dimensionality and control of the platelets, could result in even more interesting characteristics. We propose a synthesis method which results in the formation of small gold spheres on the corners of the platelets. We show that the size of the spheres depends on the amount of precursor used, and show high resolution electron microscopy images which highlight the crystalline structure of both materials.

Les propriétés optiques et vibrationnelles de nanoparticules métalliques individuelles ont été étudiées par spectroscopie par modulation spatiale (SMS), avec une attention particulière aux effets de forme, composition, environnement local, ainsi que de couplage inter-particule. La réponse optique de nanoparticules (métalliques au cœur-couronne métal-diélectrique) allongées et des particules bimétalliques (hétérodimères or-argent) a été mesuré et en suite interprétée grâce à une corrélation avec la caractérisation morphologique de la même particule obtenue par microscopie à transmission électronique et avec des simulations par éléments finis prenants en compte la réelle géométrie du nano-objet et le substrat. Une technique pompe sonde résolue en temps a été en suite utilisée pour étudier le profil Fano dans l'absorption d'une particule d'or au sein d'un hétérodimères or-argent. Sur une échelle de temps des quelques dizaines de picosecondes, les vibrations acoustiques multimodales de nanobipyramides d'or individuelles ont été optiquement détectées et caractérisées par rapport à un modèle élastique classique / Optical and vibrational properties of individual metal-based nanoparticles have been investigated by spatial modulation spectroscopy (SMS), focusing on their dependence on nano-object shape, composition, environment and inter-particle coupling. Quantitative investigations of the optical response, and in particular, the surface plasmon resonance (extinction cross-section amplitude, spectral position and linewidth) of elongated metal or metal-dielectric (gold nanorods, nanobipyramids with or without silica coating) and bimetallic (gold-silver heterodimers) nanoparticles deposited on a substrate have first been performed. The same nanoparticles were characterized by electron microscopy permitting quantitative interpretation of their optical response using finite element numerical simulations, taking into account the influence of the substrate. Combining SMS microscopy with a high sensitivity femtosecond two-color pump-probe setup, the ultrafast dynamics of single nano-objects has been investigated. The Fano absorption profile of a gold nanoparticle within a single gold-silver heterodimer, a parameter not accessible by linear spectroscopy, was directly measured. On a picosecond time-scale, multimodal acoustic vibrations of single gold nanobipyramids were optically lunched and detected, and their features compared to a model based on continuum elasticity