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Nanoparticules métalliques déposées sur support de silice. Stabilité structurale.



Notre laboratoire s’intéresse depuis longtemps aux nanoagrégats métalliques, qui peuvent être vus comme des exemples de systèmes présentant de nombreux états métastables. La question de l’influence du support sur ces structures métastables apparait de plus en plus importante, et abordable à l’aide d’outils de simulation moléculaire. Ce travail numérique est réalisé en collaboration avec une équipe d’expérimentateurs (C. Andreazza-Vignolle, P. Andreazza, ICMN) et de théoriciens (C. Mottet, CINaM, Marseille) ; il a constitué le sujet de thèse de A. C. Ngandjong (ICMN).


Les nanoparticules métalliques (1 à 10 nm) font l’objet de nombreuses applications dans des domaines très variés tels que l’optique, la catalyse ou encore le magnétisme. Ces nano-objets sont actuellement obtenus au sein de notre équipe par dépôt d’atomes sur des supports de silice ou de carbone amorphe, qui sont réputés avoir des interactions relativement faibles avec les particules métalliques. Jusqu’à présent, les calculs de structure, ainsi que les analyses des données expérimentales ont négligé l’influence du support. L’objet de notre collaboration est de modéliser la présence de ce support pour affiner notre compréhension des propriétés d’équilibre des nanoparticules. Les nanoparticules métalliques sont modélisées à l’aide de potentiels empiriques de type liaison forte, et leur interaction avec le support à l’aide de potentiels Lennard-Jones dont les paramètres ont été ajustés sur les valeurs d’énergie d’adhésion trouvées par calculs ab initio (figure 1). Une démarche progressive dans la modélisation du support (mur lisse, silice atomique plane, silice atomique rugueuse, (figure 2) a permis de mettre en évidence les paramètres pertinents influençant la structure de la nanoparticule déposée. Une surface parfaitement plane favorise des structures de type octaèdre tronqué présentant de larges faces (111) avec un rapport d’aspect compatible avec le théorème de Wulff-Kaichew (figure 3), tandis qu’une surface rugueuse stabilise des structures décaèdre positionnées sur la pointe au-dessus de sites favorables.


Les résultats obtenus montrent que le support a une influence non négligeable même s’il est réputé avoir des interactions faibles comparées aux énergies métal-métal. Ces observations amènent de nouvelles questions qui seront abordées dans les années à venir. Par exemple, concernant la description du substrat, la comparaison silice / carbone, l’influence de la température, et les transitions entre les différents états métastables du système.

A. C. Ngandjong, C. Mottet, and J. Puibasset, J. Phys. Chem. C 120, 8323 (2016).
A. C. Ngandjong, C. Mottet, and J. Puibasset, J. Phys. Chem. C 121, 3615 (2017)