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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

La tectonique moléculaire à l’interface solide/liquide

 

Des chercheurs de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires ainsi que du Laboratoire de chimie de la matière complexe (CNRS / Université de Strasbourg) ont démontré qu’il était possible de former sur une surface de graphite des polymères de coordination monométalliques mais aussi pour la première fois hétérobimétalliques à partir de tectons moléculaires judicieusement conçus. Ce travail constitue une avancée majeure dans le développement de nanostructures et de nanodispositifs moléculaires multifonctionnels. Ces travaux sont parus dans le Journal of the American Chemical Society.

 

La tectonique moléculaire est un domaine de recherche qui utilise les principes de la chimie supramoléculaire pour générer des architectures périodiques étendues 1D, 2D ou 3D appelées réseaux moléculaires. Cette approche repose sur des combinaisons de briques moléculaires ou tectons complémentaires portant des sites d’interactions spécifiques conduisant à la formation de motifs de reconnaissance. En répétant ce processus d’assemblage, les motifs de reconnaissance deviennent des nœuds structuraux du réseau. Parmi les nombreuses interactions intermoléculaires possibles, les liaisons de coordination entre des tectons organiques et des centres ou des complexes métalliques conduit à des polymères ou des réseaux de coordination. Bien que de nombreux exemples de réseaux de coordination ou de « metal−organic frameworks » (MOFs) aient été décrits depuis le début des années 1990, la conception d’architectures hétérométalliques étendues et d’assemblages directionnels représente encore un grand défi.

La microscopie à effet tunnel (STM) est un outil puissant pour étudier des molécules sur des surfaces et aux interfaces avec une résolution sub-nanométrique. Elle donne également accès à de nombreuses propriétés physico-chimiques. Ces dix dernières années, la STM s’est imposée comme la technique de prédilection pour explorer à l’échelle nanométrique les interactions intermoléculaires dans des architectures supramoléculaires 1D/2D obtenues selon l’approche dite « bottom-up ». Toutefois, les structures auto-assemblées à l’interface solide/liquide décrites jusqu’ici sont de nature homométalliques et non hétérométallique.

Les porphyrines présentent des propriétés optoélectroniques particulières qui en font des composants clés pour diverses applications (cellules photovoltaïques, photocatalyse) et des candidats de choix pour la conception de tectons organiques coordinants en raison de leur structure électronique unique, de la capacité de leur noyau à se lier à des centres métalliques et de leurs multiples possibilités de fonctionnalisation.

Dans cette étude, les chercheurs étendent l’application de la tectonique moléculaire à des réseaux de coordination homo ou hétérométalliques directionnels 1D sur une surface de graphite à l’interface solide/liquide. L’auto-assemblage de la porphyrine T (tecton) et de son complexe de nickel T–Ni (métallotecton) avec le dichlorure de cobalt CoCl2 (centre métallique) est réalisé. En particulier, la formation de réseaux 1D monométalliques de Co(II) et hétérobimétalliques de Co(II) et Ni(II) a pu être observée in situ grâce à la STM. Ces résultats expérimentaux ont été confirmés par la théorie (DFT), fournissant ainsi une description des propriétés électroniques des tectons T et T–Ni.

La possibilité d’incorporer deux centres métalliques distincts possédant des propriétés électroniques et optiques différentes à des positions prédéfinies ouvre la voie à la construction « bottom-up » de nanostructures et de nanodispositifs moléculaires robustes, multicomposants et donc multifonctionnels. Les centres métalliques peuvent être alors adressés individuellement afin de moduler certaines propriétés fondamentales pour des applications variées en électrochimie, pour le stockage ou encore en spintronique.

 

figure

Représentation schématique des réseaux de coordination 1D monométalliques de Co(II) (sphères vertes) et hétérobimétalliques de Co(II) et Ni(II) (sphères jaunes) obtenus à partir du tecton T ou du métallotecton T–Ni et de CoCl2

© Wais Hosseini

Référence


Mohamed El Garah, Nicolas Marets, Matteo Mauro, Alessandro Aliprandi, Sara Bonacchi, Luisa De Cola, Artur Ciesielski, Véronique Bulach, Mir Wais Hosseini & Paolo Samorì
Nanopatterning of Surfaces with Monometallic and Heterobimetallic 1D Coordination Polymers: A Molecular Tectonics Approach at the Solid/Liquid Interface
J. Am. Chem. Soc. 15 juin 2015
DOI : 10.1021/jacs.5b02283

 

Contacts chercheurs


Mir Wais Hosseini, Institut Le Bel – Strasbourg
Tél. : 03 68 85 13 23
Courriel : hosseini@unistra.fr
https://lcco.u-strasbg.fr/

Paolo Samorì, Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires – Strasbourg
Tél. : 03 68 85 51 60
Courriel : samori@unistra.fr
http://www.nanochemistry.fr/

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

5 octobre 2015

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