Suivi en temps réel du photo-vieillissement de nanoparticules d'argent individuelles

Nadia Grillet, Delphine Manchon, Emmanuel Cottancin, Franck Bertorelle, Christophe Bonnet, Michel Broyer, Jean Lermé et Michel Pellarin (équipe Agrégats et Nanostructures) ont publié un article intitulé Photo-Oxidation of Individual Silver Nanoparticles: A Real-Time Tracking of Optical and Morphological Changes dans la revue J. Phys. Chem. C.

Des études optiques réalisées sur des nanoparticules (NPs) d’argent (d’environ 50 nm) sous éclairement lumineux ont permis de réaliser pour la première fois un suivi en temps réel du photo-vieillissement, à l’échelle de la NP unique. Ceci grâce à un dispositif de spectroscopie à modulation spatiale qui permet de mesurer la section efficace d’extinction absolue d’un NP sur une large gamme spectrale (300-900 nm). On a montré que la résonance plasmon de surface (RPS), caractéristique de la réponse optique de la NP, s’atténuait et se décalait simultanément vers le rouge sous éclairement prolongé (l<500 nm) dans une atmosphère contenant de l’oxygène, cela avec une cinétique dépendant de la nature des stabilisants et de la forme des NPs. Dans le cas de sphères, la conjugaison de mesures optiques et d’observations en microscopie électronique à transmission (MET) sur les mêmes NPs montre que les particules d’argent s’oxydent progressivement sous éclairement lumineux en formant une coquille d’oxyde d’argent autour de la sphère d’argent. Dans le cas de nanocubes, la photo-oxydation s’accompagne d’un rognage progressif des coins et arêtes du cube qui se traduit par une évolution de la réponse optique différente de celle observée pour les sphères; cette évolution est bien reproduite par des calculs de réponse optique par élément finis. De plus le champ électromagnétique, exalté au niveau des arêtes et coins de cubes, peut expliquer la meilleure efficacité de la photo-oxydation au niveau des arêtes et coins et leur rognage progressif.

Ce suivi en temps réel de la réponse optique de NPs individuelles peut permettre de façonner la RPS de NPs hautement photosensibles. En particulier, des modifications de propriétés ou de morphologie de NPs sous environnement contrôlé doivent être détectables à travers l’évolution de leur réponse optique. A cet égard, nous implémentons actuellement sur le dispositif de spectroscopie de NPs uniques une enceinte qui permettra de contrôler à souhait l’environnement des NPs à étudier.

Evolution progressive de la réponse optique d’un nanocube sous éclairement lumineux. On note une atténuation progressive de la RPS. D’autre part les images MET montrent que le NC s’oxyde progressivement et voit ses arêtes et coins progressivement rognés.