Les Quantum Dots comme Photocatalyseurs pour la Synthèse Organique – PhotoRedoQs

Les radicaux alkoxyles sont des intermédiaires bien connues qui possèdent une réactivité riche et unique. Cependant ils actuellement sous-utilisés en synthèse organique à cause du manque de méthodes efficaces et douces pour les générer. Nous proposons d'étudier l'utilisation et l'optimisation de QD comme photocatalyseurs pour développer plusieurs méthodes innovantes de génération des radicaux alkoxyles ainsi que d'autres radicaux.

Pour augmenter l'efficacité des photocatalyseurs à base de QD, leur combinaison avec des nanoparticules d'argent (Ag-NP) et d'or (Au-NP) sera examinée. Nous avons d'ores et déjà obtenu des voies de synthèse fiable pour obtenir des nanocomposites QD-AuNP. Cette modification vise à favoriser l'étape de séparation des charges après absorption de la lumière par les QD par transfert d'électron aux nanoparticules d'argent. De plus cette modification devrait augmenter la réactivité des trous portés par les QD en retardant leur recombinaison avec les électrons transmis aux nanoparticules d'argent. Les propriétés photocatalytiques de cette nouvelle classe de QD sera testée sur des réactions de synthèse plus classiques telles que la génération de radicaux par décarboxylation oxydative et l'oxydation d'amines tertiaires.

Suite à la crise sanitaire nous sommes encore dans la réalisation de la première moitié du projet. Il est encore trop tôt pour proposer des perspectives

A venir

Au cours de la dernière décennie l'émergence de la photocatalyse redox a révolutionné le domaine de la chimie organique de synthèse. Le mise au point de nouveaux photocatalyseurs a bénéficié du développement des catalyseurs pour la conversion de l'énergie solaire. Les complexes de coordination à base de ruthénium et d'iridium jouent un rôle majeur dans ce développement. En plus des photocatalyseurs homogènes, les recherches sur les photocatalyseurs à base de semiconducteurs pour la synthèse commencent à peine à émerger. Nous proposons un programme de recherche dédié au développement et à l'étude de quantum dots (QD) semiconducteurs colloïdaux comme photocatalyseurs redox pour la synthèse organique. Ces photocatalyseurs nanocristallins sont particulièrement prometteurs car ils présentent les avantages des catalyseurs homogènes, tels qu'un coefficient d'extinction molaire élevé dans le domaine visible, et parce qu'ils peuvent être séparés des produits de réaction par ultra-filtration ou par centrifugation. De plus les QD sont connus pour être très résistants au photo-blanchiment et leurs propriétés redox peuvent être ajustées finement en changeant leur composition (CdS, CdSe, ZnO, ZnSe), en contrôlant leur taille et en modifiant les ligands utilisés pour les stabiliser. Enfin, trouver des substituts efficaces aux photocatalyseurs contenant des métaux rares et onéreux (Ru et Ir) permettra d'ouvrir des perspectives pour l'application industrielle de la photocatalyse redox.
Ce projet est divisé en deux parties intimement liées: 1) l'utilisation de QD comme photocatalyseurs pour la génération de radicaux alkoxyles; 2) le développement d'une nouvelle classe de photocatalyseurs combinant QD et nanoparticules d'argent (QD-Ag-NP).
1) Génération de radicaux alkoxyles en utilisant des QD comme photocatalyseurs. Les radicaux alkoxyles sont des intermédiaires bien connus qui possèdent une réactivité riche et unique. Cependant ils sont actuellement sous-utilisés en synthèse organique à cause du manque de méthodes efficaces et douces pour les générer. Nous proposons d'étudier l'utilisation et l'optimisation de QD comme photocatalyseurs pour développer plusieurs méthodes innovantes de génération des radicaux alkoxyles. Par exemple l'oxydation de complexes borates stables et facile à préparer sera examinée.
2) Développement de photocatalyseurs QD-Ag. Pour augmenter l'efficacité des photocatalyseurs à base de QD, leur combinaison avec des nanoparticules d'argent sera examinée. Cette modification vise à favoriser l'étape de séparation des charges après absorption de la lumière par les QD par transfert d'électron aux nanoparticules d'argent. De plus cette modification devrait augmenter la réactivité des trous portés par les QD en retardant leur recombinaison avec les électrons transmis aux nanoparticules d'argent. Les propriétés photocatalytiques de cette nouvelle classe de QD sera testée sur des réactions de synthèse plus classiques telles que la génération de radicaux par décarboxylation oxydative et l'oxydation d'amines tertiaires.