"Covalent Organic Frameworks-POlymères” COlloïdaux : du design macromoléculaire aux auto-assemblages stimuli-répondants – COPOCO

Les "covalent organic frameworks" (COF) constituent une classe émergente de matériaux organiques cristallins, présentant une porosité modulable, avec une structure périodique sur plusieurs dimensions. Ils sont basés sur la formation de liaisons dynamiques, formées par des réactions de condensation entre leurs précurseurs moléculaires en utilisant des concepts de chimie modulaire. Aucune autre stratégie de polymérisation multidimensionnelle ne permet aujourd'hui de prédire et d'ajuster la structure du réseau à un tel niveau. Malgré leur développement récent, près de 650 structures chimiques différentes sont aujourd'hui rapportées, suscitant un intérêt croissant dans différents domaines ( stockage, séparation moléculaire, catalyse, la détection, optoélectronique, encapsulation et délivrance de molécules bioactives). Cependant, les COF souffrent de limitations significatives : ils sont par nature réticulés, insolubles ou peu dispersables en solution et souvent produits sous forme de poudres ou de films polycristallins. Malgré les nombreux efforts consacrés à la conception des propriétés physiques et/ou chimiques de ces matériaux en sélectionnant leurs blocs de construction initiaux, l'importance de leur mise en forme n'est apparue que récemment.
Le projet COPOCO propose une combinaison originale de polymères stimuli-sensibles et de COF. Il vise à produire des nanoparticules (NP) COF bien définies avec des polymères fixées de manière covalente à leur surface. Les chaînes de polymères auront plusieurs rôles : 1) agir comme modulateurs pour contrôler chimiquement la nucléation et la croissance des COF, 2) assurer leur stabilité colloïdale, 3) apporter des propriétés stimuli-sensibles pour provoquer l'auto-assemblage à la demande entre les COF. Les polymères sensibles aux stimuli ont traditionnellement été utilisés pour la conception de nanostructures programmables et peuvent fournir une réversibilité et/ou une organisation spontanée dans des systèmes à plusieurs composants. L'assemblage colloïdal, qui traite des interactions entre des particules de quelques nanomètres à quelques micromètres, constitue une stratégie intéressante pour organiser la matière depuis le niveau moléculaire, jusqu'au niveau macroscopique. Les NP COF cristallines bien définies offrent un moyen d'organiser l'orientation des chaînes de polymères et seront utilisées comme blocs de construction pour former des matériaux nanostructurés. Comme les processus d'auto-assemblage des particules colloïdales dépendent de la taille, de la dispersité et de la forme des particules, l'organisation des structures résultantes devrait être en corrélation positive avec l'uniformité des NP COF. Une telle approche pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la conception de matériaux macroscopiques à porosité orientée et accordable sur de longues distances avec des propriétés de détection et de capture.