Semiconductor Quantum Dots and Metallic Nanoparticles Based-Systems for Visible-light Redox Photocatalysis of Radical Reactions
Systèmes à base de quantum dots semi-conductrices et nanoparticules métallique pour la photocatalyse redox de réactions radicalaires en lumière visible
Résumé
During the last decade, the development of visible-light photocatalysts has revolutionized the synthetic organic chemistry field. Colloidal semiconductor nanocrystals, commonly known as Quantum Dots (QDs), have shown great promise as photocatalysts for various organic transformations, including oxidations, reductions, and, most recently, bond-forming reactions. QDs possess several encouraging properties for photocatalysis, including their size-tunable oxidation and reduction potentials and their high extinction coefficient values in the visible domain. In addition, due to their optical and size properties, QDs can interact with several substrates at once using very low catalytic loadings. In this Thesis, we have prepared different types and structures of QDs such as CdS, CdSe, and InP core-type QDs and different types of core-shell QDs such as CdSe-CdS, CdS-CdSe, CdSe-ZnS, and InP-ZnS. We also optimized the surface ligands layer to ensure better interaction between the QDs’ and the reaction substrates. After testing the photophysical properties and the possible charge transfer between the QDs and the desired reaction’s substrates, we used the prepared QDs as photocatalysts for newly developed reactions aiming to prepare value-added natural products (such as Tropane derivatives). Furthermore, we designed a new kind of semiconductor-metallic hybrid nanostructure by assembling CdSe-ZnS QDs with Gold nanoparticles (AuNP). The QD-AuNP nanostructures were chemically assembled using a click chemistry approach benefiting from the surface ligands functionalizing the QDs and the AuNPs. The prepared hybrid structures enhanced the photocatalytic catalytic activity compared to the bare QDs-photocatalyzed reaction. The enhanced activity referred to the better charge separation and the new optical properties in the QD-AuNP hybrid nanostructure.
Au cours de la dernière décennie, le développement des photocatalyseurs à lumière visible a révolutionné le domaine de la chimie organique synthétique. Les nanocristaux semi-conductrices colloïdales, communément appelés Quantum Dots (QDs), se sont révélés très prometteurs en tant que photocatalyseurs pour diverses transformations organiques, notamment les oxydations, les réductions et plus récemment, les réactions de formation de liaisons. Les QDs possèdent plusieurs propriétés encourageantes pour la photocatalyse, notamment leurs potentiels oxydation et réduction ajustables en fonction de leurs tailles et leurs valeurs élevées de coefficient d'extinction dans le domaine visible. De plus, grâce à leurs propriétés optiques et leurs tailles, les QDs peuvent interagir avec plusieurs substrats à la fois en utilisant de très faibles charges catalytiques. Dans cette thèse, nous avons préparé différents types et structures de QDs tels que des QDs de type cœur CdS, CdSe et InP et différents types de QDs cœur-coquille tels que CdSe-CdS, CdS-CdSe, CdSe-ZnS et InP-ZnS. Nous avons également optimisé la couche de ligands de surface pour assurer une meilleure interaction entre les QDs et les substrats de réaction. Après avoir testé les propriétés photophysiques et le transfert de charge possible entre les QDs et les substrats de la réaction souhaitée, nous avons utilisé les QDs préparés comme photocatalyseurs pour des réactions nouvellement développées visant à préparer des produits naturels à haute valeur ajoutée (tels que des dérivés de Tropane). De plus, nous avons conçu un nouveau type de nanostructure hybride semi-conducteur-métallique en assemblant des QDs CdSe-ZnS avec des nanoparticules d'or (AuNP). Les nanostructures QD-AuNP ont été assemblées chimiquement à l'aide d'une approche de chimie click profitant des ligands de surface fonctionnalisant les QDs et les AuNPs. La structures hybride préparée a amélioré l'activité photocatalytique par rapport à la réaction photocatalysée par les QDs nus. L'amélioration de l'activité est due à une meilleure séparation des charges et aux nouvelles propriétés optiques de la nanostructure hybride QD-AuNP.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|