Réseaux 2D covalents fonctionnels pour l’immobilisation de métaux de transition – COVANET

La création de composés moléculaires fonctionnels nécessite le développement de nouvelles approches efficaces pour combiner les molécules « briques de constructions » dans des structures fonctionnelles. A cet effet, les concepts de la chimie supramoléculaire ont été largement utilisés pour produire des structures bien contrôlées grâce à l’utilisation d’interactions non-covalentes sélectives et directionnelles. Plus récemment, ces concepts ont été appliqués à des systèmes moléculaires en surfaces pour produire des couches organiques bidimensionnelles avec des propriétés spécifiques. Toutefois, en raison de la faiblesse de ces interactions non-covalentes ces réseaux n'ont pas la stabilité nécessaire pour pouvoir être utilisés dans des dispositifs technologiques pratiques.
Les principaux objectifs du projet sont de réaliser la synthèse de nouvelles briques moléculaires et de développer ainsi de nouvelles approches pour produire des réseaux polymères nanoporeux avec des fonctionnalités bien définies à l'intérieur des pores (immobilisation d’atomes métalliques/magnétiques, capteurs de gaz, stockage d'hydrogène, fonctions biocompatible, etc ...). Ce travail est basé sur des travaux récents mettant en évidence une amélioration significative de la stabilité des monocouches organiques grâce à l’utilisation de liaisons covalentes. De tels films organiques constituent des candidats idéaux pour l'immobilisation de métaux de transition. Ces derniers, incorporés dans des structures supramoléculaires possèdent des états électronique de spin multiples et ainsi de nombreuses propriétés redox, photochimiques, ou magnétiques. Ces systèmes constituent des matériaux des plus intéressants pour la fabrication de dispositifs fonctionnels, comme les catalyseurs, les capteurs, ou les composants électroniques/magnétiques.
Dans ce projet, nous proposons de réaliser sur des surfaces des auto-assemblages ordonnés de monocouches polymères basées sur la génération de cycles boroxines à partir d'acides boroniques. L’originalité des acides boroniques que nous synthétiserons réside dans le fait que des hétéroatomes seront introduits à l’intérieur ou à la périphérie des cycles aromatiques du cœur de la molécule. La présence de ces hétéroatomes permet dans un premier temps d’améliorer l'ancrage de la monocouche sur le substrat. Dans un deuxième temps, selon le principe fondamental de la chimie de coordination ces hétéroatomes riches en électrons vont interagir avec les atomes électrodéficients de métaux de transition pour immobiliser ces derniers dans les nano-cavités du film organique. Les atomes métalliques seront déposés in situ par évaporation en phase vapeur. Leur réduction sera activée directement sur la surface, éventuellement suite à un recuit thermique. Nous étudierons également les propriétés de chélation des réseaux utilisés dans ce projet afin d'adapter la taille des cavités pour favoriser la stabilité des métallo-organiques. La caractérisation des réseaux formés se fera à l’échelle moléculaire par microscopie tunnel (STM).