Séminaire Fellows - Une chimie intelligente pour un monde plus intelligent

Lors de ce séminaire conjoint en chimie, deux projets USIAS seront présentés. Les trois Fellows de l'université de Strasbourg impliqués qui travaillent dans les domaines des matériaux, de la science supramoléculaire et de la chimie organométallique, parleront de leurs résultats et réfléchiront aux implications et aux applications de leurs recherches.

Nanoparticules de nickel stabilisées par des ligands donneurs-accepteurs pour des applications catalytiques homogènes et hétérogènes

Christophe Michon (Laboratoire d’innovation moléculaire et applications (LIMA) - UMR 7042) et Cuong Pham-Huu (Institut de chimie et procédés pour l'énergie, l'environnement et la santé (ICPEES) - UMR 7515) - Fellows 2021

Un catalyseur est une substance basée sur un métal et/ou des fonctions organiques qui permet une réaction chimique sans être consommé ou altéré lors du processus. Les nanoparticules de métaux sont particulièrement importantes pour la catalyse de réactions organiques du fait de leur grande surface d’exposition et des interactions métal-métal uniques en leurs cœurs. Le challenge majeur et actuel pour l’application des nanoparticules de métaux en catalyse est leur stabilisation car leur agglomération résulte en une perte d’activité catalytique, indépendamment du système mis en œuvre, par ex. solide-liquide ou solide-gaz. De plus, leur recyclage est essentiel pour le développement de procédés catalytiques durables.

Actuellement, nous développons des catalyseurs basés sur des nanoparticules de nickel coordinées à des ligands donneurs-accepteurs. Avec ou sans l’adjonction d’un support, cette stratégie mène à des nanoparticules stabilisées, de tailles définies et ayant une réactivité unique pour la catalyse de réactions organiques sélectives de type hydrogénation et amination en milieu organique ou aqueux. Si la structure supportée de ces catalyseurs autorise leur récupération et réutilisation, l’application future d’un chauffage électromagnétique par induction sans contact permettra de chauffer exclusivement ces nanocatalyseurs de nickel via leur support qui agira comme un agent de transfert de chaleur pour résorber les pertes en énergie et les limitations lors des transferts thermiques. La présence d’un champ électromagnétique autour du milieu réactionnel pourrait aussi induire des sélectivités différentes soit par stabilisation des radicaux, soit par des interactions particulières.

• Plus d'informations sur les porteurs et leur projet USIAS - Stabilisation de nanoparticules de nickel avec des ligands carbènes N-hétérocycliques oléfiniques pour des applications catalytiques en hydrogénation et amination réductrice sous chauffage par induction

La lune de miel entre les matériaux 2D et la science supramoléculaire : apprivoiser la complexité fonctionnelle

Au cours des 20 dernières années, les matériaux 2D ont révolutionné les domaines des matériaux et des nanosciences. Leurs propriétés physiques et chimiques exceptionnelles les rendent particulièrement intéressants en tant que composants actifs pour l'émergence de technologies de rupture dans les domaines de l'optoélectronique, de la détection et du stockage de l'énergie. Toutefois, leurs propriétés sont difficilement accordables. L'interfaçage contrôlé de matériaux 2D avec des molécules et leurs assemblages représente une stratégie prometteuse pour conférer de nouvelles propriétés aux matériaux 2D. C'est sur ce terrain de jeu passionnant que le laboratoire de nanochimie de l'ISIS - l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires de Strasbourg - a exercé sa créativité au cours de la dernière décennie.

Dans mon exposé, je présenterai nos récentes découvertes sur la fonctionnalisation chimique des matériaux 2D afin de créer des systèmes hybrides via l'interfaçage contrôlé de leurs deux surfaces, de manière symétrique ou asymétrique, avec des commutateurs ou des dopants moléculaires, des récepteurs moléculaires d'un analyte choisi, ou des ressorts moléculaires. Nous exploiterons ces systèmes hybrides pour réaliser des applications de preuve de concept telles que des dispositifs optoélectroniques qui peuvent répondre à différents stimuli, émulant ainsi des logiques neuromorphiques, des capteurs chimiques haute performance capables de détecter sélectivement de petites (bio)molécules ou des ions, ou des capteurs physiques pour le diagnostic médical et plus particulièrement pour le suivi des maladies cardiovasculaires. Enfin, nous montrerons comment la combinaison de matériaux 2D avec des composites cimentaires est une approche viable pour réaliser des constructions intelligentes avec des propriétés mécaniques et une durabilité améliorées.

Nos stratégies modulaires reposant sur la combinaison de matériaux 2D et de molécules offrent une voie simple pour générer des revêtements multifonctionnels, des mousses et des nanocomposites aux propriétés préprogrammées afin de relever les principaux défis mondiaux et, en définitive, d'améliorer la qualité de vie sur notre planète.

• Plus d'informations sur Paolo Samorì et son projet - Composites cimentaires à base de matériaux bidimensionnels pour des applications multifonctionnelles en génie civil

^{Illustration 1 : Transistors multiniveaux optiquement commutables à haute mobilité basés sur des nanofeuillets WSe₂ ambipolaires à quelques couches.
Illustration 2 : Réseaux imprimés de matériaux 2D obtenus par pontage covalent de nanofeuillets MoS₂ semi-conducteurs avec des molécules ad hoc.
Références
[1]   Pour les revues présentant les molécules + les matériaux 2D : (a) Chem. Soc. Rev. 2018 47, 6845-6888. (b) Small 2021, 17, 2100514.
[2]   Pour les revues présentant les molécules + les matériaux 2D pour l'optoélectronique : (a) Adv. Mater. 2018, 30, 1706103. (b) Chem. Rev., 2022, 122, 50-131.
[3]   Pour les revues présentant les molécules + les matériaux 2D pour la détection chimique : (a) Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 4860-4908. (b) Adv. Funct Mater., 2022, 32, 2207065.
[4]   Molécules + matériaux 2D pour la détection physique et le diagnostic médical : Adv. Mater. 2019, 31, 1804600.
[5]   Matériaux 2D chimiquement adaptés pour de meilleures constructions : (a) Adv. Sci. 2019, 6, 1801195. (b) ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 23000. (c) Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2101887. (d) Chem. Eur. J. 2023, 29, e202301816}