Le vendredi 13 mars 2026, Guillaume PETIT présentera l'examen en vue de l’obtention du grade académique de Docteur en Sciences (Collège de doctorat en Chimie) sous la direction de Jean-Christophe MONBALIU.

Cette épreuve consistera en la défense publique d’une dissertation intitulée :

« Novel Flow Processes toward Water Soluble CdX QDs ».

Le Jury sera composé de :

M. B. LEYH (Président), Mmes et MM. S. BOUJDAY (Sorbonne University), L. DREESEN, G. GAURON (Corning SAS), S. LE GAC (University of Twente), C. MALHERBE (Secrétaire), J.-C. MONBALIU (Promoteur).

Résumé

L’impact profond des points quantiques (QDs) sur la communauté scientifique ainsi que sur les applications technologiques du quotidien a été récompensé par le prix Nobel 2023. Les QDs constituent une classe de semi-conducteurs à l’échelle nanométrique, dont les applications couvrent les domaines numériques et médicaux. L’amélioration des méthodes de préparation est donc cruciale pour les nouvelles technologies.

Cette thèse développe une nouvelle approche pour la synthèse de précurseurs chalcogénures et leur application dans la production en flux continu de QDs de type CdX (X = S, Se, Te) en milieu aqueux.

La tris(2-carboxyéthyl)phosphine (TCEP) a été identifiée comme un nouvel agent hydrosoluble de transfert de chalcogénure, permettant la formation contrôlée de QDs CdX. Une étude systématique des dérivés TCEP=X, de la cinétique de réaction et des paramètres du procédé a révélé la prépondérance des effets de surface, cohérente avec un mécanisme de Langmuir-Hinshelwood, s’accompagnant d’une dégradation de la surface contribuant au ralentissement progressif de la réaction.

La génération in-situ des espèces TCEP=X a été intégrée dans une plateforme en flux continu afin d’améliorer la productivité et de limiter la dégradation des précurseurs. Les conditions de formation des QDs CdX ont été étudiées pour fournir une compréhension approfondie du mécanisme réactionnel et permettre la synthèse de QDs de haute qualité suivie d’une transposition à l’échelle mésofluidique. L’étude mécanistique approfondie de la formation des QDs a fourni des indications clés sur la complexation des précurseurs ainsi que sur la dynamique de nucléation et de croissance.

Ce travail ouvre des perspectives visant à généraliser le mécanisme de nucléation-croissance et à biofonctionnaliser des QDs, en milieu aqueux, à l’aide de biotine modifiée, soulignant leur potentiel pour des applications biomédicales.

Abstract

The profound impact of Quantum Dots (QDs) on both the scientific community and high-tech daily applications echoes in the 2023 Nobel Prize. QDs represent a class of nanoscale semiconductors with applications deeply rooted in the digital era and in medical applications. Improving conventional preparations is therefore crucial for next-generation technologies. This thesis develops a new approach to synthesize chalcogenide precursors and their subsequent application in the continuous-flow production of CdX (X = S, Se, Te) QDs in water.

Tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) is identified as a novel water-soluble chalcogenide transfer agent, enabling the controlled formation of CdX QDs. A systematic study of TCEP=X derivatives, reaction kinetics and process parameters revealed the predominance of surface effects, consistent with a Langmuir-Hinshelwood mechanism, with surface degradation contributing to reaction slowdown, over time.

The in-situ generation of TCEP=X species is integrated into a continuous-flow platform to enhance productivity and limit precursor degradation. Reaction conditions of CdX QDs formation are studied to provide a comprehensive understanding of the reaction mechanism and high-quality QD synthesis under microfluidic regimes, then transposed under mesofluidic conditions. Furthermore, the in-depth mechanistic investigation into QD formation provided key indications on precursor complexation and nucleation-growth dynamics.

The thesis concludes with prospective efforts toward generalized nucleation-growth mechanisms and the biofunctionalization of aqueous QDs using modified biotin, highlighting their potential for biomedical applications.