Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’électrochimie bipolaire est une technique relativement peu connue, qui attire de plus en plus l’attention de la communauté scientifique. Des applications très intéressantes utilisant ce concept ont déjà été élaborées, notamment dans le domaine des nanosciences et pour la conception d’outils analytiques. Ce dossier a pour but d’exposer les bases théoriques de l’électrochimie bipolaire, ainsi que son potentiel d’application. L’utilisation de ce concept à des fins analytiques ou pour la modification d’objets à des échelles submicroniques ou nanométriques sera ensuite développée.
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Bipolar electrochemistry is a relatively unknown technique that is attracting increasing attention from the scientific community. Highly interesting applications using this concept have already been developed, particularly in the field of nano-science and the development of analytical tools. This article is designed to explain the theoretical basis of bipolar electrochemistry as well as its application potential. The use of this concept for analytical purposes or for the modification of objects at submicron or nanometric scales will subsequently be developed.
Auteur(s)
-
Gabriel LOGET : Doctorant à l’Université de Bordeaux 1 dans le groupe NSysA (Nano-Systèmes Analytiques) de l’Institut des Sciences Moléculaires
-
Alexander KUHN : Professeur à l’ENSCBP, groupe NSysA de l’Institut des Sciences Moléculaires
INTRODUCTION
L’électrochimie bipolaire est une technique relativement peu connue, qui attire de plus en plus l’attention de la communauté scientifique. Des applications très intéressantes utilisant ce concept ont déjà été élaborées, notamment dans le domaine des nanosciences et pour la conception d’outils analytiques. Ce dossier a pour but d’exposer les bases théoriques de l’électrochimie bipolaire, ainsi que son potentiel d’application. L’utilisation de ce concept à des fins analytiques ou pour la modification d’objets à des échelles submicroniques ou nanométriques sera ensuite développée.
Bipolar electrochemistry is a relatively unknown technique which begins to attract a lot of attention from the scientific community. Several very interesting applications have already been developed, in particular for nanosciences and in the frame of the elaboration of analytical tools. The aim of this report is to explain the theoretical bases of bipolar electrochemistry and its potential applications. The use of this concept for modifying objects at the sub-micron or nanoscale and for analytical chemistry will be developed.
Électrochimie bipolaire, électrodéposition, détection, particules Janus, micromoteurs, contacts électriques.
Bipolar electrochemistry, bipolar electrode, electrodeposition, detection, Janus particles, microswimmer, electrical contacts.
Points clés
Domaines : Matériaux et mesures/analyses.
Degré de diffusion de la technologie : Emergence I Croissance I Maturité.
Technologies impliquées : Ingénierie des procédés électrochimiques, Électrophorèse capillaire.
Domaines d’application : Conception de micro et nanoparticules dissymétriques, création de contacts électriques, élaborations de systèmes analytiques.
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité :
Centres de compétence : Université de Bordeaux 1, Institut des Sciences Moléculaires, groupe NSysA, Pessac. Université Paris Diderot, Laboratoire LEM, Paris. CEA, IRTSV, Laboratoire biopuces, Grenoble. INP Lorraine, Laboratoire LEM, Nancy.
Industriels :
Autres acteurs dans le monde : Drexel University, Philadelphia, USA. The University of Texas at Austin, Austin, USA. Uppsala University, Uppsala, Sweden. Linköping University, Linköping, Sweden. Philipps-Universität, Marburg, Germany. Wageningen University, Wageningen, Netherlands.
Si le phénomène de l’électrochimie bipolaire est connu depuis longtemps, son utilisation n’avait jamais été au-delà des quelques applications industrielles qui avaient commencées à être développées dans les années 1960. Depuis une dizaine d’années, elle semble revenir au goût du jour en permettant des applications très intéressantes pour la modification de surfaces notamment aux échelles micrométrique et nanométrique et pour la détection avec un accent sur l’élaboration de systèmes miniaturisés.
Le concept de l’électrochimie bipolaire repose sur le fait que lorsqu’un objet conducteur dans une solution est soumis à un champ électrique externe, il se polarise (i. e. il se produit un mouvement des électrons d’une extrémité à l’autre de l’objet conduisant à la formation d’une anode d’un coté et d’une cathode de l’autre).
Cet objet va alors devenir une électrode bipolaire et une différence de potentiel va être générée entre ses deux extrémités. Si cette dernière est suffisante, des réactions d’oxydoréductions vont, par conséquent, pouvoir se produire à ces extrémités : des réactions d’oxydation au pôle anodique couplées simultanément à des réactions de réduction au pôle cathodique.
Comme il a été mentionné précédemment, ce phénomène à d’abord été utilisé pour concevoir des réacteurs électrochimiques pour des applications industrielles telles que l’électrosynthèse ; cette utilisation de l’électrochimie bipolaire sortant du cadre de ce dossier ne sera pas développée ici.
De récents travaux ont montrés que les réactions générées grâce au champ électrique aux extrémités des électrodes bipolaires peuvent être utilisées pour concentrer, séparer et détecter optiquement ou électrochimiquement des composés, mais aussi pour propulser de manière contrôlée des objets, créer des circuits électriques et modifier de manière régiosélective des substrats ayant des tailles allant du centimètre jusqu’au nanomètre.
Ces récents travaux laissent présager à l’électrochimie bipolaire un très fort potentiel d’application dans un futur proche. Dans ce contexte, cette technique sera présentée, puis certaines applications seront développées dans ce dossier en insistant sur son utilisation dans les domaines de la chimie analytique et des nanosciences.
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Description et illustration de l’électrochimie bipolaire4. Conclusion
L’intérêt croissant porté à l’électrochimie bipolaire a déjà mené à la création de plusieurs applications originales. Tous ces travaux soulignent le fort potentiel de ce phénomène dans le domaine des nanotechnologies et de la chimie analytique. Sa simplicité en termes de mise en œuvre augure d’un futur prometteur. De plus, le fait que l’électrochimie bipolaire soit une technique « sans fil » est aussi un grand avantage. D’un point de vue analytique, ses applications à la détection et à la séparation dans des systèmes miniaturisés telles que des « lab-on-a-chip » ont déjà pu être mises en œuvre.
Plusieurs techniques de détection électrochimique et optique sont d’ores et déjà utilisables, certaines présentant des limites de détections très faibles.
De plus, du fait de la régiosélectivité dans les modifications de surface qu’elle offre, l’électrochimie bipolaire se révèle être un puissant outil pour la création de matériaux à forte valeur ajouté notamment à l’échelle micro- et nanométrique, comme par exemple des particules Janus. Elle a, en effet, déjà permis la création de structures complexes pouvant trouver des applications pratiques concrètes.
Nous pensons qu’il est important de se rappeler que cette technique est actuellement dans une phase d’émergence, ce qui laisse présager encore beaucoup d’applications potentielles dans un futur très proche.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WANG (Y.), HERNANDEZ (R.M.), BARTLETT (D.J.), BINGHAM (J.M.), KLINE (T.R.), SEN (A.), MALLOUK (T.E.) - Bipolar electrochemical mechanism for the propulsion of catalytic nanomotors in hydrogen peroxide solutions - Langmuir, 22, p. 10451 (2006).
-
(2) - WANG (J.), MANESH (K.M.) - Motion control at the nanoscale - Small 6, p. 338 (2010).
-
(3) - MANO (N.), HELLER (A.) - Bioelectrochemical propulsion - J. Am. Chem. Soc., 127, p. 11574 (2005).
-
(4) - SMOTKIN (E.), BARD (A.J.), CAMPION (A.), FOX (M.A.), MALLOUK (T.), WEBBER (S.E.), WHITE (J.M.) - Bipolar TiO2/Pt semiconductor photoelectrodes and multielectrode arrays for unassisted photolytic water splitting - J. Phys. Chem., 90, p. 4604 (1986).
-
(5) - SMOTKIN (E.S.), CENERA-MARCH (S.), BARD (A.J.), CAMPION (A.), FOX (M.A.), MALLOUK (T.), WEBBER (S.E.), WHITE (J.M.) - Bipolar CdSe/CoS semiconductor photoelectrode arrays for unassisted Photolytic water splitting - J. Phys. Chem., 91, p. 6 (1987).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Bradley, Bipolar electrochemical connection of materials, US patent N° 6120669.
Loget et Kuhn, Particules dissymétriques et leur procédé de synthèse par électrochimie bipolaire, Dépôt de brevet français N° 1061031, 22.12.2010.
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