Soutenance de thèse de Rika Tandiana – mercredi 21 septembre à 14h

07 September 2022 par clavaguera
Rika Tandiana du groupe ThéoSim soutiendra sa thèse le mercredi 21 septembre à 14h en salle Magat

Rika a effectué sa thèse sous la direction de Van Oanh Nguyen-Thi et de Carine Clavaguéra

Modélisation multi-échelle de nanoparticules d'or dans divers environnements : une approche théorique

Résumé

Les nanoparticules d'or (GNPs) sont des matériaux prometteurs dans divers domaines de recherche, grâce à leurs propriétés chimiques, physiques et optiques accordables. Leur complexité peut être en partie attribuée aux interactions dynamiques avec les ligands de surface et le solvant. Ainsi, une compréhension précise de ces interactions dynamiques permettrait de concevoir de manière rationnelle des matériaux aux propriétés souhaitées. Alors que diverses techniques spectroscopiques ont été largement utilisées dans ce but, les approches computationnelles se sont avérées être elles aussi des méthodes puissantes pour fournir des informations atomistiques importantes. Par conséquent, l'objectif de ce travail est d'utiliser des approches de calcul à plusieurs niveaux pour comprendre l'interaction des GNPs avec divers environnements.
Tout d'abord, l'interaction interfaciale de l'eau sur une série de GNP de taille croissante a été systématiquement sondée par dynamique moléculaire classique et des méthodes semi-empiriques. Les propriétés structurelles de la première couche de solvatation ont été étudiées à l'aide de la durée de vie de relaxation orientationnelle, des fonctions de distribution radiale et de l’orientation des molécules d'eau. Ces analyses ont montré un réarrangement des molécules d'eau pour former un réseau de liaison hydrogène 2D étendu lorsque la taille de la GNP augmente. La densité d’états vibrationnels calculée pour la première couche de solvatation a mis en évidence un déplacement vers le bleu des modes d'étirement OH par rapport à la gouttelette d'eau, ce qui confirme l'observation d'un réarrangement du réseau de liaisons hydrogène.
Malgré ces résultats intéressants, le champ de forces utilisé pour cette étude présente des limitations, en particulier l'absence de terme de polarisation. Par conséquent, nous avons implémenté le champ de forces GAL, récemment développé pour les interactions entre l'eau et les surfaces métalliques, dans le logiciel Tinker pour permettre le couplage avec le champ de forces polarisable AMOEBA. Nos résultats ont souligné une excellente description des effets à n-corps lorsque nous avons incorporé les interactions eau-eau. En outre, la stabilité de l'implémentation a été testée dans les ensembles NVT et NPT. D'autres propriétés structurelles issues de la dynamique sont comparées aux données de référence.
En plus de l’eau, la dynamique de l'interaction entre la GNP et les ligands de surface est importante. Par conséquent, l'adsorption de molécules organiques sur la GNP a été systématiquement étudiée en DFT. Tout d'abord, la géométrie d'une série de composés aromatiques substitués adsorbés sur Au32 a été optimisée. Des analyses topologiques ont été réalisées pour identifier multiples interactions non covalentes. Les analyses de décomposition de l'énergie ont montré que les interactions électrostatiques et dispersives étaient les principaux contributeurs. Enfin, des analyses vibrationnelles ont été réalisées pour étudier comment l'adsorption sur la GNP affecte la spectroscopie infrarouge des composés organiques. L'information sur l'orientation du cycle aromatique peut être déduite de la variation de l'intensité des modes d'étirement CH. De plus, nous avons trouvé qu'il y a un effet limité de la taille de la GNP sur l'énergie d'interaction. Ensuite, avec l'acide benzoïque comme cas d’étude, nous avons comparé qualitativement les spectres infrarouges et Raman obtenus par l’expérience.
Enfin, nous avons utilisé la méthode DFT dépendante du temps en temps réel pour étudier une propriété importante des systèmes sous irradiation, le pouvoir d'arrêt électronique. Nous avons évalué sa sensibilité aux bases atomiques utilisées et des grandes bases, capables de décrire l'état de continuum, ont été générées. Avec un modèle d’eau, nous avons évalué l'efficacité de ces bases pour obtenir une courbe du pouvoir d'arrêt comparable à celles obtenues par des méthodes d'onde plane et une approche empirique.