Ionic liquids

Cristaux-Liquides Ioniques pour l’Électrocristallisation de nano-particules d’Or et d’Argent en milieu Auto-Organisé

L. Douce

Les Liquides Ioniques représentent depuis une dizaine d’années une thématique de recherche en plein essor du fait de leurs nombreuses applications dans différents grands domaines tels que la chimie verte, l’électrochimie, la synthèse organique, la catalyse et les biotechnologies. Ils constituent une nouvelle génération de solvants dont les propriétés de stabilité thermique et électrochimique respectivement dans une large gamme de température et sur une grande fenêtre de potentiels – associés à une très faible pression de vapeur et une bonne conductivité en font des composés très intéressants pour le développement de nouveaux dispositifs et matériaux moléculaires.

La combinaison de ces propriétés, aux propriétés électroniques, magnétiques ou optiques, aujourd’hui relativement bien connues des Cristaux Liquides, permet la préparation d’une nouvelle classe de matériaux ioniques auto-organisés. En dépit du grand intérêt porté à la chimie-physique des liquides ioniques à base de cations imidazolium, les systèmes dans lesquels ces molécules s’auto-organisent également pour former une mésophase restent peu nombreux et mal connus.

Nous avons réalisé la synthèse d’un composé Imidazolium asymétrique puis procédé à un échange d’anions en solution aqueuse contenant le cyano-métallate approprié avec un rendement de plus de 80%. (Fig. 1)

Figure 1 : Précipitation des complexes 1 et 2 dans l’eau.

Les dérivés dicyanoargentate, 1, et dicyanoaurate, 2, du 1-(4-dodecyloxybenzyl)-3-methyl-1H-imidazol-3-ium ont été caractérisés par RMN 1H, 13C, spectroscopie FT-IR et analyse élémentaire. Une étude par diffraction des rayons X sur monocristal révèle que les groupements phényles et les chaines alkyles sont quasiment orthogonaux au plan de l’imidazolium avec un angle de 87°.

Figure 2 : Images de la mésophase smectique A du composé 1 observée au microscope à lumière polarisée :
Apparition de bâtonnets pendant la formation de la mésophase depuis l’état liquide isotrope par diminution de la température de l’échantillon (à gauche),
Texture en éventails à coniques focales de l’état cristal liquide(à droite)

Les composés 1 et 2 sont cristal liquide et une étude au microscope à lumière polarisée montre qu’ils font apparaître une mésophase lamellaire smectique A après fusion, conservant l’arrangement en strate des molécules dans le cristal.

Une étude de la capacité de ces produits à former des nanoparticules métalliques par électrodéposition à potentiel constant a été menée dans des cellules électrochimiques composées de deux lames de verre recouvertes d’une couche mince d’ITO conductrice. Les photos ci-dessous, issues de l’observation au MEB de la cathode, montrent que la morphologie des dépôts d’or et d’argent est différente suivant que l’expérience à lieu lorsque les molécules sont désordonnée (à l’état isotrope) ou qu’elles s’auto-organisent en couches (dans la mésophase).

Figure 3 : Particules d’or électrodéposées à l’isotrope (à gauche) Particules d’argent électrodéposées à l’isotrope(à droite).

Figure 4 : Particules d’or déposées en milieu cristal-liquide (à gauche) Particules d’argent électrodéposées en milieu cristal-liquide (à droite).

Ce travail original montre que la structure supramoléculaire d’une mésophase peut-être utilisée pour influencer la morphologie de nanoparticules métalliques formées par un procédé de réduction électrochimique.