Réveler les lacunes et les interfaces de nanocristaux d'oxysulfure de zinc à l'aide de la DNP et de la spectroscopie RMN – IVAN

Les nanocristaux semi-conducteurs, également appelés quantum dots, composés d'oxyde de zinc (ZnO) ou de sulfure de zinc (ZnS), sont des matériaux prometteurs pour des applications telles que l'opto-électronique, la bioimagerie optique, les cellules solaires et la photocatalyse. Cependant, leur application est limitée par leur large bande d'énergie interdite qui peut être réduite en contrôlant la formation de défauts, tels que des lacunes d'oxygène ou de soufre. En particulier, la sulfuration des nanocristaux de ZnO par réaction avec H2S pour former des nanocristaux d'oxysulfure de zinc, Zn(O,S), est une approche prometteuse pour l'introduction de défauts (substitution O/S et lacunes) et donc la réduction de l'énergie de la bande interdite. Néanmoins, l'amélioration rationnelle des propriétés opto-électroniques de ces nanocristaux de Zn(O,S) est limitée par le manque d'informations sur la structure des défauts et le mécanisme de leur formation.
Le projet IVAN vise à déterminer la structure et la quantité de défauts dans les nanocristaux d'oxysulfure et à mieux comprendre leur formation et leur influence sur les propriétés opto-électroniques de ces matériaux. Les défauts seront caractérisés par le développement d'expériences avancées de RMN à l'état solide. Étant donné que les isotopes présents dans les nanocristaux de Zn(O,S) (17O, 67Zn et 33S) sont extrêmement difficiles à détecter par RMN (noyaux quadrupolaires avec un faible rapport gyromagnétique et une faible abondance naturelle), nous développerons des méthodes innovantes de RMN à l'état solide reposant sur l’utilisation de la polarisation nucléaire dynamique (DNP), de très basse température (jusqu'à 30 K), de très-haut champ magnétique (jusqu'à 28 T) et des stratégies de marquage isotopique. Les données RMN obtenues pour les nanocristaux de Zn(O,S), combinées à des calculs DFT, fourniront des informations uniques sur la structure de leurs défauts (lacunes, substitution O/S), leur quantité et le mécanisme de leur formation. Ces données structurales seront corrélées à leurs conditions de synthèse (taux de sulfuration, nature des ligands) ainsi qu'à leurs propriétés optiques et électriques mesurées. Ces relations synthèse-structure-propriétés seront utiles pour améliorer les propriétés opto-électroniques des nanocristaux de Zn(O,S) de manière rationnelle.