Polymères de coordination de thiolates de métaux comme matériaux thermoélectriques innovants – MOTIC

La chimie des polymères de coordination (PC) ouvre de large perspectives pour le développement de nouveaux matériaux comme en électronique et dans le domaine de l’énergie tel que le recyclage de la chaleur par effet thermoélectrique. Ces matériaux sont constitués d’une matrice organique traversée par des canaux de conduction électrique constitués de centres métalliques raccordés à la matrice organique par des fonctions de coordination. La géométrie, la denticité, l’état d’oxydation des ligands, l’ajout de groupements externes, la taille et complexité de la fonction organique, l’activation et la nature du centre métalliques permettent une grande variabilité de la topologie du polymère de coordination, des canaux conducteurs tout en incluant la possibilité d’une nano-porosité organisée. Le projet est axé autour d’une des grandes familles des PCs à base de thiolates où les plus grandes valeurs de conduction électrique pour des CPs ont été récemment découvertes. Fort de son expertise et résultats récents dans cette famille de matériaux, le consortium propose de développer une nouvelle classe de Metal Organic Thiolates (MOT) en optimisant deux fonctionnalités physiques : la conversion thermoélectrique et la conductivité électrique couplée à la transparence optique. Trois grandes lignes directrices sont proposées pour la conception et réalisation de nouvelles architectures de MOTs : i/ varier la dimensionnalité des canaux de conductions (1D, 2D au 3D); ii/ modifier la topologie de la matrice organique et iii/ contrôler le dopage en porteurs de charges. Le consortium de MOTIC a été constitué d’experts de la chimie des ligands thiolés, de l’élaboration et activation des CPs, de la résolution des structures cristallographiques des CPs et des mesures optiques et thermoélectriques. Des expériences préliminaires sur une nouvelle composition de MOTs ont permis de résoudre leur structure cristallographique complexe, de montrer une stabilité thermique jusqu’à 350 °C, de présenter la facilité de la mise en forme soit en pastille dense soit en couches minces, de révéler une propriété de transparence pour des phases désordonnées et de reporter une première conduction électronique. Le développement de l’électronique des CPs est récent et pose de nombreuses questions fondamentales encore sans réponse. Les échanges itératifs entre chimistes et physiciens permettront de guider au mieux l’optimisation de l’architecture des matériaux, c’est un des points forts du projet. Le projet MOTIC a pour vocation d’apporter des réponses sur la compréhension des mécanismes microscopiques physiques du transport électronique, thermique ainsi que sur les effets thermoélectriques dans ces matériaux. Enfin, le projet MOTIC permet de consolider une expertise française dans la chimie des CPs, contribuera à renforcer la communauté thermoélectrique sur son volet des matériaux et physique du transport dans les organiques conducteurs et permettra de catalyser des projets de plus grandes envergures. Sur le plan de la formation, le projet MOTIC donne une priorité aux jeunes scientifiques avec deux financements de thèse, 11 stages de Masters 2 et une demande de co-financement pour un workshop.
Pour conclure, MOTIC est un projet fondamental de bas TRL rassemblant chimistes et physiciens dont l’objectif est d’explorer de manière itérative, en y associant une compréhension fondamentale, la potentialités des CPs pour la conversion thermoélectriques et l’électronique transparente. L’objectif est d’aboutir à des conclusions générales permettant d’ouvrir de nouvelles perspectives applicatives pour ces matériaux.