Conception de sources moléculaires pour la synthèse de nanocristaux de pnictogènures métalliques – DeMoNano

Malgré des domaines d’applications larges et variés tel que l’énergie, la biologie, la micro-électronique ou le photovoltaïque, la chimie des nanocristaux (NCx) de pnictogénures métalliques (par exemple, GaAs, InP…) reste bien moins développée que celle des métaux ou des chalcogénures métalliques comme les oxydes ou les sulfures. Cette situation résulte essentiellement de l’absence de méthode fiable pour la synthèse de NCx aux propriétés contrôlées.
L’objectif de ce projet est le développement de stratégies de synthèse en solution de NCx de pnictogénures (et plus précisément phosphures et arseniures) métalliques des groupes 12 à 14, de taille, de surface, de morphologie et de composition contrôlées. Les matériaux-cibles pour ces NCx sont Zn3P2 pour les pnictogénures métalliques du groupe 12, InP, InAs et GaAs pour ceux du groupe 13 et enfin SiPx, GePx et SnP pour ceux du groupe 14. Le choix de ces matériaux a été fait à la fois sur la base de l’importance des applications potentielles envisagées et sur les enjeux synthétiques associés à ces matériaux.
L’originalité de notre approche réside dans le design de précurseurs de haute énergie pour répondre aux problèmes de synthèse et aux limitations des méthodes actuelles de préparation de nanomatériaux de pnictogénures métalliques. Les deux stratégies envisagées impliquent soit deux précurseurs (un pour chaque élément), soit un précurseur unique (contenant les liaisons M-E préformées pour la synthèse de MxEy NCs; M = Ga, In, Zn, Si, Ge, Sn; E = P, As), les complexes étant dans tous les cas spécifiquement conçus pour la synthèse de NCx. Alors que les précurseurs multi-source sont généralement faciles à obtenir, la synthèse de précurseurs uniques est un défi dans cette chimie.
Les caractéristiques de ces précurseurs sont : (i) l’absence d’halogène (ou des atomes halogénés éliminables sous forme de molécules gazeuses ou liquides n’interagissant pas avec les NCx) pour éviter d’éventuelles contaminations (ii) des substituants labiles, faciles à éliminer dans des conditions douces pour générer des atomes nus et permettre des synthèses à basse température, et (iii) la possibilité de préparer aisément des quantités importantes.
Notre stratégie s’appuiera sur l’étude d’une part, de la réactivité des précurseurs et d’autre part des mécanismes de croissance des NCx. La compréhension de la chimie sous tendant ces processus servira de base de réflexion pour dépasser les limitations et les points bloquants existant actuellement pour ces matériaux-cibles. Notre objectif sera en particulier d’évoluer vers des synthèses à basse température (< 150°C) en utilisant les concepts de synthèse de nano-objets par la voie organométallique pour (i) développer des protocoles synthétiques plus sûrs et énergétiquement moins couteux, (ii) réaliser des études cinétiques et mécanistiques in situ et surtout (iii) éviter des réactions secondaires incontrôlées ayant lieu à haute température et (iv) obtenir une meilleure reproductibilité et un meilleur contrôle des cinétiques de chaque étape (nucléation, croissance, vieillissement) pour conduire à des nano-objets contrôlés.
Enfin, les propriétés physiques et en particulier optoélectroniques seront étudiées afin d’évaluer la pertinence des NCx synthétisés pour les applications.