Synthèse sur surface de réseaux covalents intégrant des fonctions optiques – PHOTONET

L'ingénierie de systèmes hautement organisés à partir de blocs de construction moléculaires ouvre de nouvelles perspectives pour des nouveaux matériaux et la création de nanodispositifs originaux. La formation d’auto-assemblages supramoléculaires sur des surfaces a été mise à profit dans les deux dernières décennies pour créer diverses nanostructures organiques contrôlées atomiquement. L’architectonique moléculaire sur des surfaces s’inscrit comme un concept polyvalent efficace pour réaliser des nanosystèmes complexes avec des formes, compositions et propriétés fonctionnelles bien spécifiques. En outre, de telles surfaces parfaitement définies fournissent des plateformes polyvalentes pour le pilotage et le suivi in situ de ces nanoarchitectures moléculaires avec un grand niveau de détail. En particulier, les techniques de microscopie à sonde locale offrent une résolution spatiale et une polyvalence inégalées. Le nombre important d'études publiées traitant des auto-assemblages supramoléculaires sur des surfaces démontre le fait que ce domaine représente un champ disciplinaire mature. Cependant, la faible stabilité et le manque de communication électronique entre les molécules dans ces réseaux empêchent la réalisation d'applications pratiques dans des environnements éprouvants. À cet égard, la possibilité d'étendre les concepts de la chimie supramoléculaire à la formation de liaisons covalentes entre tectons moléculaires a attiré récemment l’attention de la communauté, conduisant ainsi à l'émergence du concept de « synthèse sur surface ». Les polymères bidimensionnels (2D) auront un impact important sur de nombreux aspects fondamentaux et appliqués de la science, mais la recherche de voies de synthèse conduisant à feuillets moléculaires covalents périodiques fiables et robustes est encore à ses débuts. Néanmoins, la réalisation de polymérisation covalente directement sur une surface ouvre des perspectives prometteuses et suscite aujourd’hui un large intérêt international.
Le projet PHOTONET vise à développer un polymère 2D adaptatif représentant un système prototypique universel pour créer des surfaces organiques robustes possédant des fonctionalités optiques bien définies. Pour cela, une gamme de réseaux étendus covalents sur surface sera obtenue par réaction in situ de précurseurs organiques. La stratégie proposée permet l'incorporation de fonctions moléculaires ciblées dans des réseaux ordonnés étendus tout en préservant les propriétés physico-chimiques originales des molécules de base. Ces réseaux covalents seront créés avec un haut niveau de contrôle sur leur forme, leur dimension, leur chiralité et leur fonctionnalité. Le projet inclus des études fondamentales au niveau de la molécule unique ainsi que des caractérisations fonctionnelles, structurales et spectroscopiques de réseaux étendus sur des substrats métalliques ou isolants.
Le développement des nouveaux matériaux optiques visés par le projet PHOTONET aura des applications à long terme dans un large éventail de différents domaines: les dispositifs lumineux et photovoltaïques, les mémoires moléculaires, le magnétisme, la catalyse, les surfaces chirales, les membranes intelligentes. La caractérisation physico-chimique avancée et la mesure de l’activité optiques des systèmes représenteront la preuve de concept des propriétés désirées. En outre, l'élaboration de ces réseaux sur des substrats isolants représentera une avancée importante vers des applications pratiques dans des dispositifs réels. Ainsi, puisque que ces systèmes 2D covalents pourront accueillir une grande variété de fonctions, le projet PHOTONET sera en mesure de fournir des ouvertures importantes pour relever les défis sociétaux comme la chimie verte et environnementale, les matériaux intelligents, l'énergie, l'électronique flexible et les technologies de l'information.