Atomistic simulations of gold nanoparticle interactions

Notre étude concerne la simulation atomistique des interactions à la fois au sein et entre les nanoparticules d’or. Nous avons d’abord examiné l’organisation des molécules d’alcanethiol, avec différentes longueurs de chaînes alkyles, sur la surface des nanocristaux (NCs) d’or de tailles et de formes différentes. Ainsi, pour des NCs d’or d’une taille allant de 1 à 10 nm et quel que soit le type d’alcanethiol, nous avons montré que contrairement aux NCs de forme cubique qui ne présentent qu’une seule organisation moléculaire, les NCs de forme octaédrique et icosaédrique présentent deux organisations moléculaires différentes: une sur les bords et l’autre au centre des facettes. De plus, le taux de couverture de surface dépend très peu de la forme et de la taille des NCs ainsi que de la longueur des chaînes d’alcanethiols. Néanmoins, grâce à l’organisation compacte des molécules d’alcanethiol sur les bords des NCs, ce taux de couverture reste plus important que celui des surfaces planes d’or. Nous avons également mis au point un modèle théorique pour estimer ce taux de couverture dans le cas de NCs icosaédriques d’une taille bien supérieure à 10 nm. On a montré que pour des NCs d’une taille comprise entre 10 et 20 nm, le taux de couverture prédit par notre modèle est en bon accord avec de récentes données expérimentales. On a aussi démontré que pour obtenir le taux de couverture observé sur les surfaces planes d’or, il faut des NCs d’une taille supérieure à 100 nm. Dans un second temps, les interactions entre les NCs au sein de réseaux supracristallins organisés, appelés supracristaux, ont été analysées. Nous avons alors mis en évidence que ces interactions sont influencées par le rapport entre la longueur des chaînes alkyles et la taille des NCs, en bon accord avec la théorie des cônes superposés et avec les données expérimentales. Dans la continuité de ce travail, la prise en compte du solvant s’avère aussi importante pour comprendre davantage les interactions entre les NCs d’or.Our study concerns the atomistic simulations of interactions within and between gold nanocrystals (NCs). We first examined the molecular organization of several alkanethiol molecules adsorbed on gold NCs with different size and shape. Thus, for 1 to 10 nm sized NCs, we have shown that unlike cubic shaped NCs which have only one molecular organization, octahedral and icosahedral shaped NCs present two different molecular organizations, one on the edges and the other one in the centers of their facets. Moreover, the surface coverage ratio depends very slightly on the shape and size of the NCs and also on the length of the alkanethiol chain. Nevertheless, thanks to the dense molecular organization of thiols on the NC edges, this coverage ratio remains higher than for flat gold surfaces. We have also developed a theoretical model to estimate the surface coverage for icosahedral shaped NCs larger than 10 nm. It has been shown that for NCs between 10 and 20 nm, the surface coverage predicted by our model is in good agreement with recent experimental data. We also found that it takes NCs bigger than 100 nm to match the surface coverage of flat gold surfaces. Then, the interactions between NCs in organized supracrystalline lattices, called supracrystals, were analyzed. We have shown that these interactions are influenced by the ratio between the length of the alkyl chains and the size of the NCs, in good agreement with the Overlap Cone Model and experimental data. In prospects, solvent consideration could be important for further understanding of gold NCs interactions