Nanoparticules, Microscopie optique operando, Électrochimie à entité unique, Électrodéposition, Électrocatalyse, Réactions compétitives, Traitement d'image, Opto-électrochimie, Cellule à gouttelettes

La microscopie optique est un outil puissant pour sonder les processus électrochimiques operando au niveau de la nanoparticule unique (NP). L'objectif de cette thèse est de repousser les limites de détection de cet outil et le champ de phénomènes étudiés. A cet égard, ce travail se concentre sur différentes situations électrochimiques impliquant la nucléation et la croissance de nouvelles phases à la surface d'une électrode. Il explore la dynamique de l'électrodéposition ou de l'électrocristallisation de nanoparticules et la croissance de nanobulles de gaz pendant l'activité électrocatalytique.Ces phénomènes sont étudiés en couplant une microscopie optique sans marqueur, appelée microscopie à réflectance interférentielle (MRI), à l'électrochimie au sein de cellules électrochimiques formées par des micro/nanogouttes, également connue sous l'acronyme de SECCM. Cette dernière technique électroanalytique permet de confiner les réactions électrochimiques dans des zones micrométriques à nanométriques de la surface d'une électrode. La microscopie optique est utilisée pour sonder operando les processus électrochimiques avec un large champ de vision et une haute résolution spatiale, à haut débit, haute sensibilité et invasivité minimale.Ce travail s'est concentré sur différents systèmes électrochimiques. Tout d'abord, la formation de nanobulles d'hydrogène, sondée optiquement, est utilisée comme un indicateur à l'échelle nanométrique de l'activité électrocatalytique locale des nanoparticules pour la réaction d'évolution de l'hydrogène, HER. Il est particulièrement montré comment l'analyse des caractéristiques optiques, basée sur un modèle optique, a permis d'extraire l'évolution de la taille et de la forme des nanobulles individuelles. Deuxièmement, la MRI a été utilisée pour dévoiler l'étendue de réactions électrochimiques compétitives pendant la réaction HER. La méthodologie consiste à discriminer les différents comportements optiques associés aux différents produits de réaction (gaz ou nanostructures solides). Cela a permis d'imager des hétérogénéités de réactivité sur les substrats d'oxyde d'indium et d'étain et la façon dont elles affectent les vitesses de transfert d'électrons locales. De même, il a été possible de discriminer la réduction de l'eau de la formation de nanoparticules à base de Ni de la réduction de solutions de Ni2+. En dernier lieu, l'électrochimie sous confinement a été étudiée en étudiant des cellules électrochimiques de gouttelettes optiquement submicrométriques. L'imagerie à résolution sub-gouttelettes a été démontrée par la visualisation de l'électromouillage des gouttelettes, le sondage de l'électrodéposition de l'Ag pour la croissance d'un nombre contrôlé de NPs (1 à 4), et pour étudier la cristallisation du CaCO3 électrochimiquement pilotée par les variations de pH.