1 - QUELQUES PROPRIÉTÉS CARACTÉRISTIQUES DE L’OR

• 1.1 - Propriétés physico-chimiques de l’or
  Figure 1 - Trois propriétés fondamentales de l’or Tableau 1
• 1.2 - Structure électronique de l’or et effets quantiques relativistes
  Figure 2 - Impact des effets quantiques relativistes sur l’élément or Tableau 2

2 - POURQUOI L’OR DEVIENT-IL SI PARTICULIER À L’ÉCHELLE NANOMÉTRIQUE ?

• 2.1 - Définition d’une nanoparticule
• 2.2 - Effets de concentration électromagnétique
  Figure 3 - Illustration des trois effets apparaissant à mesure que la taille caractéristique des NP diminue
• 2.3 - Prédominance des atomes de surface
• 2.4 - Effets quantiques

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3 - CONSIDÉRATIONS CRISTALLOGRAPHIQUES : MONOCRISTAUX, NANOPARTICULES, AGRÉGATS

• 3.1 - Nanoparticules idéales, solides de Platon et solides d’Archimède
  Figure 4 - Exemples d’empilements compacts à 2D de sphères dures. Quand ils contiennent un nombre limité d’atomes, ils s’inscrivent dans des formes géométriques : losange, hexagone, rectangle Figure 5 - Exemples de formes géométriques de nanoparticules d’or monocristallines réelles Figure 6 - Les cinq solides de Platon
• 3.2 - Nanoparticules idéales et nanoparticules réelles : l’agrégat Au55
  Figure 7 - Les agrégats d’or à nombres magiques adoptent des structures proches de l’icosaèdre, et comportent des couches atomiques complètes [3]
• 3.3 - Rôle des surfactants

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4 - MÉTHODES DE SYNTHÈSE DES NANOPARTICULES D’OR

• 4.1 - Aperçu de quelques synthèses par voie chimique
  Figure 8 - Synthèses de Turkevich et de Brust-Schiffrin Figure 9 - Exemples de nanoparticules d’or de formes, tailles, géométrie variées préparées par synthèse chimique. Les dimensions, procédés de croissance et références sont indiquées dans le tableau 3 Tableau 3
• 4.2 - Aperçu de quelques synthèses physiques
  Figure 10 - Formation de NP d’or par évaporation thermique et par pulvérisation magnétron (les barres d’échelle valent 200 nm sur toutes le images) [54] [55] Figure 11 - NP d’or réalisées par lithographie électronique et imagée par microscopie électronique à balayage [58] Figure 12 - Nanostructures fractales obtenue par lithographie électronique et appelées arbres de Cayley. Les branches mesurent 140 nm. L’épaisseur de la structure est de 50 nm et elle est élaborée sur du quartz [33]
• 4.3 - Quelques fournisseurs, prix. Comparaison au prix de l’or
  Tableau 4

5 - PROPRIÉTÉS CATALYTIQUES DES NANOPARTICULES D’OR

• 5.1 - L’or acquiert un statut de « catalyseur »
• 5.2 - Catalyse en phase gaz : le cas de l’oxydation du CO
  Figure 13 - Activité catalytique des NP d’or en fonction de leur taille pour l’oxydation du monoxyde de carbone : NP d‘or sur substrat de TiO2 et NP de platine sur substrat de silice. Le graphe montre clairement que plus les NP sont petites, plus le catalyseur est actif, avec dans cette série de mesures, un maximum pour les particules de 3 nm. Le pointillé correspond à l’activité catalytique de catalyseurs standards à base de platine dont les tailles ne sont pas clairement définies [60] [62] Figure 14 - Mécanisme de l’oxydation catalytique du monoxyde de carbone par des NP d’or [61] Figure 15 - Représentation des facettes d’une nanoparticule modèle et évolution de sa coordination à mesure que son diamètre croît
• 5.3 - Catalyse de réactions en phase liquide

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6 - PROPRIÉTÉS PLASMONIQUES (LSPR)

• 6.1 - Description qualitative de la résonance de plasmon localisé
• 6.2 - Théorie quasistatique pour décrire la réponse plasmonique des NP sphériques
  Figure 16 - Schéma et notations pour décrire l’interaction d’une onde électromagnétique avec une nanoparticule sphérique dans le cadre de l’approximation quasistatique
• 6.3 - Absorption, extinction et diffusion. Relation avec la loi de Beer-Lambert
  Figure 17 - Schéma illustrant les sections efficaces de diffusion, d’absorption et d’extinction
• 6.4 - Résonance de plasmon et effet de nano-antenne
  Figure 18 - Calcul de la résonance de plasmon localisé pour des nanoparticules d’or sphériques de 15 nm dans de l’eau
• 6.5 - Dépendance de la LSPR avec la forme des NP
  Figure 19 - Évolution des résonances plasmon LSPR pour différentes formes de NP (les numéros correspondent à ceux de la figure 9). Pour les spectres d’absorbance, les intensités des spectres ont été normalisées à 1
• 6.6 - LSPR et biocapteurs

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  Figure 20 - Principe de fonctionnement des biocapteurs plasmoniques Tableau 5

7 - QUELQUES ÉLÉMENTS DE THERMO-PLASMONIQUE

• 7.1 - Une nanoparticule est une nanosource de chaleur
  Figure 21 - Une NP isolée placée dans un flux lumineux accordé en longueur d’onde avec la LSPR est échauffée et agit comme une nanosource de chaleur
• 7.2 - Effets cumulatifs en thermo-plasmonique
  Figure 22 - Élévation de température d’une assemblée 2D de NP d’or de 20 nm de diamètre déposées sur un substrat de verre. Quand elles sont illuminées par un laser à 532 nm avec un flux de 5 mW · mm–2 la température au centre du faisceau augmente de 3,0 °C. Le nombre de NP illuminées est évalué à 1,4 × 1010 [81]
• 7.3 - Thermoplasmonique en régimes impulsionnels
  Figure 23 - Calcul de l’élévation de température d’une NP d’or de 20 nm de diamètre dans de l’eau quand elle est soumise à des impulsions laser femtosecondes [53]

8 - KALÉIDOSCOPE D’APPLICATIONS DES NANOPARTICULES D’OR

• 8.1 - Thérapies avancées
• 8.2 - Électrocatalyse et biopiles
• 8.3 - Pigments plasmoniques pour la coloration
  Figure 24 - Illustration de l’utilisation des nanoparticules d’or comme pigments colorants
• 8.4 - Métamatériaux à base de NP d’or
• 8.5 - Photocatalyse activée par le plasmon

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9 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

10 - GLOSSAIRE

TEST DE VALIDATION