CE06 - Polymères, composites, physique et chimie de la matière molle, procédés

Complexes Métaux-acétylures auto-organisés pour le thermoélectrique organique – SAMAT

Résumé de soumission

La thermoélectricité constitue une alternative viable de production énergétique verte, en convertissant la chaleur perdue en courant électrique grâce à l'effet Seebeck. Un matériau thermoélectrique (TE) efficace présente une excellente conductivité électrique, un fort coefficient Seebeck et une très faible conductivité thermique. Jusqu’à présent, les matériaux TE qui ont fait l’objet d’études poussées sont fortement inspirés des semi-conducteurs organiques reconnus pour leurs propriétés de conductivité électrique, comme les polymères semi-conducteurs organiques ou encore les films 2D de petites molécules auto-organisées. Bien que d’énormes progrès aient été accomplis dans la compréhension du phénomène, nous sommes encore loin d’une application technologique concrète. Les matériaux TE organiques souffrent encore d’une relation structure-propriété très peu étudiée, d’une faible diversité de matériaux étudiés, de mécanismes de fonctionnement encore non-élucidés et enfin du manque d’une méthode empirique d’étude en dispositif, qui permettrait de comparer de façon rationnelle les différents matériaux TE.

Le projet SAMAT vise à i) développer des matériaux nano- ou microstrutucturés par des objets 1D issus de l'a assemblage supramoléculaire de petites molécules organométalliques, au moyen de la formation de gels organiques, ii) investiguer leurs propriétés supramoléculaires et iii) déterminer leurs comportements thermoélectriques en dispositif. Les briques moléculaires envisagées sont des composés organométalliques métal bis-acétylures, mono-et bimétalliques où le métal peut être du FeII, RuII ou OsII.
Les matériaux supramoléculaires constitués d’objets fibrillaires 1D (fibres ou rubans) représentent une réelle opportunité de trouver un compromis idéal entre une forte conductivité électrique (matériau ordonné du fait de molécules auto-assemblées) et une faible conductivité thermique (nature supramoléculaire des édifices). La nanostructuration permettrait d'augmenter le coéfficient Seebeck. Au moyen de comparaisons judicieuses entre les divers matériaux supramoléculaires, nous souhaitons tracer une corrélation structure-propriété empirique.

Le projet SAMAT repose sur 3 taches :
-Tache 1. Etablir une méthodologie d’auto-assemblages des complexes bis-acétylures de (1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane) RuII en objet 1D. Ces complexes seront utilisés comme modèles. Sur la base de travaux préliminaires et grâce à une approche raisonnée d’ingénierie moléculaire de ces composés, nous souhaitons contrôler les propriétés d’empilements supramoléculaires. De cette manière, nous tracerons une corrélation structure moléculaire-propriété supramoléculaire. Ces objets obtenus sous forme de gels seront étudiés pour leurs caractéristiques morphologiques, électroniques, de gélation and enfin pour leurs propriétés thermoélectriques (effet de nanostructuration).
-Tache 2. Mise en place de complexes bimétalliques bis-acétylures de (1,2-dppe) RuII. Comme précédemment, les propriétés supramoléculaires seront rationalisées en termes de morphologie, d’empilement moléculaire. Les complexes bimétalliques présentent des potientiels d'oxydation plus bas qui conduira à des conductivités électriques plus importantes encore. La structuration du matériau sera également étudiée.
-Tache 3. Cette troisième étape aura pour objectif d’étendre le concept des taches 1&2 à des systèmes organométalliques iso-structuraux des complexes mono-et bimétalliques centrés sur le FeII ou OsII. La comparaison de matériaux supramoléculaires dont les objets 1D sont identiques mais de nature chimique différente (variation du métal) nous renseignera quant à l’influence du métal sur les propriétés thermoélectriques. Cela permettra également de tracer de nouvelles corrélations et de mieux rationaliser les phénomènes thermoélectriques observés.

Coordination du projet

Olivier Galangau (INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INRS / Physique moléculaire et du dispositif
ISCR INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES

Aide de l'ANR 223 851 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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