Nanostructures à base de palladium : synthèse, caractérisations et étude de leurs interactions avec le dihydrogène : Applications dans la détection optique de fuite de H2

Le présent projet porte sur le développement d'une technique innovante pour la détection optique de fuites d'hydrogène. Dans ce but, les changements de propriétés plasmoniques, en présence d'hydrogène, de nanoparticules à base de Pd ont été exploités. Plus précisément, un système métal-isolant-métal précédemment développé pour la détection optique de l'hydrogène a été pris comme référence dans la conception de la structure des matériaux sélectionnés. Par conséquent, des nanoparticules avec des architectures de type coeur@coquille ont été synthétisées pour l'application ciblée. L'approche mise en œuvre dans ce projet comporte trois volets principaux. Dans un premier temps, les nanoparticules sélectionnées ont été synthétisées avec succès au moyen de voies chimiques en solution. Leurs propriétés optiques et structurelles ont également été analysées. Ensuite, pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans les processus de détection, une étude destinée à mieux comprendre les interactions entre les nanoparticules de palladium et l'hydrogène a été réalisée. En particulier, une étude thermodynamique du système palladium-hydrogène à l'échelle nanométrique a été réalisée. Pour y parvenir, une méthode expérimentale simple de construction de diagrammes de pression-composition-température caractérisant les interactions étudiées a été mise en œuvre. De plus, une analyse in situ de l'hydrogénation et de la déshydrogénation des nanoparticules de palladium par spectroscopie de perte d'énergie des électrons a également été réalisée. Ces expériences ont permis de mettre en évidence les étapes successives de formation et de décomposition de l'hydrure de palladium. Enfin, l'utilisation des nanoparticules synthétisées pour la détection optique de l'hydrogène a été évaluée.The present project is related to the development of an innovative optical technique for hydrogen leak detection. For this purpose, the monitoring of plasmonic properties of selected Pd-based nanoparticles in presence of hydrogen was considered. Specifically, a metal-insulator-metal system developed for optical detection of hydrogen was taken as reference in the structure design of the selected materials. Therefore, nanoparticles with core@shell architectures were synthesized for the targeted application. The approach implemented in this project consisted in three main steps. Initially, the selected nanoparticles were successfully synthesized by means of wet chemical routes. Their optical and structural properties were characterized. Then, to get more insights in the mechanisms involved in the sensing processes, a study intended to better understand the interactions between hydrogen and palladium nanoparticles was performed. Particularly, thermodynamic features of the palladium-hydrogen system at the nanoscale were probed. To achieve this, a simple experimental method for establishment of pressure-composition-temperature diagrams that characterize the studied interactions was implemented. In addition, an in-situ analysis of palladium nanoparticles hydrogenation and dehydrogenation by electron energy loss spectroscopy was also realized. These experiments allowed evidencing the successive steps in the palladium hydride formation and decomposition. Finally, the use of the synthesized nanoparticles for optical detection of hydrogen was evaluated