Assemblages supramoléculaires luminescents pilotés par la chimie de coordination basés sur des précurseurs de l’ion Cu(I) pré-organisés et stabilisés par des ligands portant des éléments du groupe principal – SUPRALUM

Une approche expérimentale et computationnelle combinée sera réalisée pour unifier la compréhension fondamentale et les applications technologiques potentielles dérivant de l’implication dans ce projet de la chimie de coordination et de la chimie supramoléculaire, de la chimie des éléments du groupe principal, de la photophysique et des sciences des matériaux. Pour la première fois, les outils de synthèse spécifiques et complémentaires et les compétences de caractérisation disponibles dans le groupe allemand et français (comme la chimie supramoléculaire adaptative guidée par la coordination adaptée à des précurseurs flexible et pré-assemblés de l’ion Cu (I) ainsi que l'utilisation innovante de ligands assembleurs polytopiques (complexes de ligands du groupe principal (P, As, Sb, Bi) et de ligands conneteurs polytopiques (entièrement aliphatiques et flexibles notamment) )seront combinés afin d'introduire spécifiquement des propriétés de luminescence dans les dérivés ciblés, conférant un niveau significatif de nouveautés à ce projet. Des études photophysiques et des calculs théoriques de pointe seront exécutés pour mettre en évidence les propriétés de luminescence et rationaliser les processus électroniques inhérents aux nouveaux matériaux synthétisés. Par un travail collaboratif intensif, des progrès rapides et remarquables seront réalisés.
Afin d'atteindre les objectifs du projet, nous proposons d'établir un programme scientifique, en 3 tâches principales:
1. Conception et synthèse de précurseurs polymétalliques pré-organisés de l’ion Cu(I) et de leurs assemblages supramoléculaires ainsi que leur caractérisation spectroscopique et de leur structure à l'état solide.
2. Caractérisation photophysique étendue des dérivés obtenus.
3. Études de chimie quantique des liaisons chimiques, des structures moléculaires de l'état fondamental et de l'état excité, de l'énergie à l'état excité et des processus de relaxation radiative des dérivés obtenus.

Les voies de synthèse supramoléculaires innovantes guidées par la chimie de coordination déjà maîtrisées par les membres du consortium seront adaptées à de nouvelles synthèses simples permettant d’accéder avec de hauts rendements à des dérivés polymétalliques de l’ion Cu(I). Une étude approfondie sans précédent des relations structure-propriété de ces composés supramoléculaires luminescents sera menée, induisant une croissance significative de la famille des dérivés luminescents de l’ion Cu(I) pour établir une classe émergente et prometteuse de matériaux moléculaires émissifs.

Une étude approfondie des relations structure-propriété de tels composés supramoléculaires luminescents sera menée et induira une croissance significative de la famille des dérivés d'ions Cu(I) luminescents multifonctionnels étudiés. A partir de la grande bibliothèque de nouveaux complexes supramoléculaires luminescents de l’ion Cu(I) qui sera obtenue, les dérivés les plus prometteurs (en termes de propriétés photophysiques et multifonctionnelles, facilités de synthèse, etc.) seront sélectionnés pour être incorporés dans diverses matrices et substrats conduisant à la préparation de matériaux adaptés à des applications technologiques.

Sur la base des premiers résultats encourageants obtenus tant par les groupes allemand que français, des garanties substantielles sont fournies que ce projet générera de nouvelles connaissances scientifiques et des classes innovantes de matériaux luminescents multifonctionnels respectueux de l'environnement et hautement pertinents dans la ligne du développement durable. Les propriétés photophysiques spécifiques et attrayantes potentiellement intégrées dans les dérivés de l’ion Cu(I) permettent de les considérer comme des outils de synthèse uniques pour introduire, d'une manière générale, des propriétés de luminescence dans les assemblages supramoléculaires guidés par la coordination. Par conséquent, ils offrent des entrées très polyvalentes dans la conception de matériaux émissifs à semi-conducteurs innovants et efficaces, mais aussi en tant que nouveaux capteurs luminescents multifonctionnels. Cela mènera à des découvertes importantes dans le domaine de la recherche fondamentale, mais fournira également des résultats scientifiquement solides et technologiquement importants pour développer des applications concrètes et variées. Les efforts de recherche conjoints actuellement menés en Allemagne et en France seront donc renforcés et fertilisés pour promouvoir ce domaine d’étude, qui est très pertinent pour la recherche sur les énergies et les matériaux durables. De même, un tel programme de recherche conjoint ANR-DFG, binational, interinstitutionnel et interdisciplinaire intégré, offrira également une formation complète aux étudiants de troisième cycle, aux boursiers postdoctoraux et aux jeunes chercheurs. Un échange scientifique intensif de doctorants va être conduit pour permettre des progrès efficaces et rapides et valoriser les compétences internationales des étudiants.

Le présent projet générera de nouvelles classes d'assemblages supramoléculaires polymétalliques originaux de l’ion Cu(I) émettant de la lumière avec des caractéristiques et des énergies d'émission et d'absorption réglables qui mèneront à un éventuel portefeuille de brevets, mais produira également des résultats scientifiquement solides et technologiquement importants. Ce projet SUPRALUM générera des découvertes qui seront sans aucun doute d'un grand avantage non seulement pour les membres du consortium, mais aussi pour les industries, contribuant à l'avancement de matériaux moléculaires luminescents bon marché pour les applications optoélectroniques, des applications d'éclairage et d’affichage à grande échelle aux détecteurs multifonctionnels. La diffusion des résultats au travers de publications dans des revues internationales à fort impact sera également une cible décisive, ainsi que des présentations dans des conférences nationales et internationales pour tous les membres impliqués dans ce projet, y compris les doctorants et post-doctorants non permanents.

Compte tenu du déficit en matériaux peu coûteux et luminescents disponibles issus de composés contenant des éléments abondants tels que le cuivre, ce projet ANR-DFG SUPRALUM vise la préparation et l'étude des propriétés de luminescence multifonctionnelles d'une grande série de nouveaux assemblages polymétalliques discrets ou polymériques à base de précurseurs pré-assemblés de l’ion Cu (I). Ces nouveaux dérivés peu coûteux et stables présenteront des architectures supramoléculaires sans précédent qui incluent des propriétés de luminescence exaltées à l'état solide. Cela permettra de les définir en tant que source très attrayante de nouveaux matériaux moléculaires multifonctionnels pertinents à la fois pour des applications dans les domaines de l’éclairage et de la détection. Une approche expérimentale et computationnelle combinée sera réalisée, qui unifiera compréhension fondamentale et applications dans les champs de la chimie de coordination, de la chimie supramoléculaire, de la chimie des éléments du groupe principal, des études photophysiques et des sciences des matériaux. Des voies de synthèse supramoléculaires innovantes axées sur la coordination, déjà maîtrisées par les membres du consortium, seront adaptées à de nouvelles synthèses simples et directes, à hauts rendements, de dérivés polymétalliques de l’ion Cu(I). Pour la première fois, les outils de synthèse et les compétences de caractérisation spécifiques et complémentaires disponibles dans les groupes allemand et français (tels que la chimie supramoléculaire axée sur la coordination adaptée aux précurseurs flexibles pré-assemblés de l’ion Cu (I) ainsi que l'utilisation innovante de ligands et complexes-ligands assembleurs polytopiques basés sur des éléments du groupe principal (P, As, Sb, Bi) et sur des ligands connecteurs polytopiques entièrement aliphatiques et flexibles) seront combinés afin d'introduire spécifiquement des propriétés de luminescence dans les échafaudages supramoléculaires polymétalliques ciblés, conférant ainsi plusieurs niveaux significatifs de nouveautés à ce projet. Des études photophysiques et des calculs théoriques de pointe seront exécutés pour mettre en évidence les propriétés de luminescence et rationaliser les processus électroniques inhérents aux nouveaux matériaux synthétisés. Il sera ainsi possible d'exécuter une étude approfondie sans précédent des relations structure-propriété de ces composés supramoléculaires luminescents, induisant une croissance significative de la famille des dérivés luminescents de l’ion Cu(I) pour établir une classe émergente et prometteuse de matériaux moléculaires émissifs. Des premiers résultats très encourageants ont été obtenus par les groupes allemands et français et constituent le point de départ de ce projet, offrant des garanties substantielles que celui-ci générera de nouvelles connaissances scientifiques et des classes innovantes de matériaux luminescents multifonctionnels respectueux de l'environnement et très pertinents dans le contexte du développement durable.