Synthèse et études de matériaux graphéniques

Sujet détaillé

Depuis la découverte du graphène, une grande attention a été portée à la fabrication de matériaux graphéniques tels que les nanoparticules[1,2] et les nanorubans de graphène[3-5] par l’approche « bottom-up » (approche ascendante). Cette approche, basée sur la chimie organique et la synthèse d’hydrocarbures polycycliques aromatiques (PAHs) géants, est le seul moyen de contrôler la structure au niveau atomique ce qui permet de relier précisément les propriétés électroniques à la structure (taille, symétries, forme des bords, etc.) des nanographènes.

Alors que la photophysique des dérivés de l’hexabenzocoronène est relativement bien connue,[6] presque aucune caractérisation optique avancée n’a été réalisée sur des structures plus grandes. En 2018, nous avons rapporté des expériences de spectroscopie à molécule unique sur les molécules dites superphénalènes C96(C12H25)6.[7] Nous avons montré que les nanoparticules de forme triangulaire sont des émetteurs de photons uniques efficaces et stables à température ambiante et cryogénique.[8-9] Plus récemment nous avons synthétisé une famille de nanoparticules allongées contenant jusqu’à 132 atomes de carbone hybridés sp2. Ces nanoparticules présentent des propriétés optiques exceptionnelles comme des rendements quantiques proches de 100% et l’émission de photons uniques.[10,11]

Ce projet vise à répondre aux questions scientifiques suivante : à partir de quelle taille les molécules conjuguées commencent-elles à se comporter comme des solides ? Existe-t-il une nouvelle physique aux échelles intermédiaires ou la transition est-elle abrupte ? Pour répondre à ces questions nous augmenterons progressivement la longueur et la largeur des nanoparticules grâce à des synthèses contrôlées et nous suivrons l’évolution des propriétés photophysiques étape par étape jusqu’à atteindre la situation où la cohérence spatiale de l’exciton est plus petite que la taille de la particule.

Il s’agit d’une proposition de stage en chimie moléculaire, les techniques classiques de chimie seront utilisées (chimie sous sorbonne, travail sous atmosphère inerte, rampe vide/argon, etc). La caractérisation des matériaux se fera par spectroscopie RMN, abs. UV-Vis-NIR, photoluminescence ainsi que par spectrométrie de masse (MALDI-TOF).

Pour ce projet le/la candidat(e) devra posséder une solide formation et un gout prononcé pour la chimie organique.

L’étude des propriétés photophysiques des matériaux sera réalisée en collaboration avec le laboratoire Lumière, Matière et Interfaces (LuMIn) de l’ENS et l’Univ. Paris-Saclay.

Références.

1. Wu, J.; Pisula, W.; Müllen, K. Chem. Rev. 2007, 107, 718.
2. Narita, A.; Wang, X. Y.; Feng, X.; Müllen, K. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6616.
3. Pijeat, J.; Lauret, J.-S.; Campidelli, S. « Bottom-up approach for the synthesis of graphene nanoribbons ». In Graphene Nanoribbons, Brey, L., Seneor, P., Tejeda, A., Eds.; IOP Publishing Ltd: 2020; p 2.1-2.25.
4. Niu, W.; Ma, J.; Feng, X. Acc. Chem. Res. 2022, 55, 3322.
5. Chen, Z.; Narita, A.; Müllen, K. Adv. Mater. 2020, 32, 2001893.
6. Haines, P.; Reger, D.; Träg, J.; Strauss, V.; Lungerich, D.; Zahn, D.; Jux, N.; Guldi, D. M. Nanoscale 2021, 13, 801.
7. Zhao, S.; Lavie, J.; Rondin, L.; Orcin-Chaix, L.; Diederichs, C.; Roussignol, P.; Chassagneux, Y.; Voisin, C.; Müllen, K.; Narita, A.; Campidelli, S.; Lauret, J.-S. Nat. Commun. 2018, 9, 3470.
8. Liu, T.; Tonnelé, C.; Zhao, S.; Rondin, L.; Elias, C.; Medina-Lopez, D.; Okuno, H.; Narita, A.; Chassagneux, Y.; Voisin, C.; Campidelli, S.; Beljonne, D.; Lauret, J.-S. Nanoscale 2022, 14, 3826.
9. Liu, T.; Carles, B.; Elias, C.; Tonnelé, C.; Medina-Lopez, D.; Narita, A.; Chassagneux, Y.; Voisin, C.; Beljonne, D.; Campidelli, S.; Rondin, L.; Lauret, J.-S. J. Chem. Phys. 2022, 156, 104302.
10. Medina-Lopez, D.; Liu, T.; Osella, S.; Levy-Falk, H.; Rolland, N.; Elias, C.; Huber, G.; Ticku, P.; Rondin, L.; Beljonne, D.; Lauret, J.-S.; Campidelli, S. Nat. Commun. 2023, 14, 4728.
11. Levy-Falk, H.; Capelle, O.; Liu, T.; Medina-Lopez, D.; Deleporte, E.; Campidelli, S.; Rondin, L.; Lauret, J.-S. Phys. Status Solidi B 2023, 260, 2300310.

Lieu du stage

Saclay, France

Conditions de stage

• Durée du stage : 6 mois
• Niveau d’étude requis : Bac+5
• Formation : Master 2
• Poursuite possible en thèse : Oui
• Date limite de candidature : 3 février 2025

Responsable du stage

Tuteur

Stéphane CAMPIDELLI
Tél. : +33 1 69 08 51 34
Email :

Responsable NIMBE / LICSEN

Frédéric OSWALD
Tél. :