Faire briller des complexes moléculaires de Cuivre

Hong Kong

Brève
Hong Kong | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
30 novembre 2018

Dans le cadre d’une collaboration financée par un projet ANR-International, un groupe de chercheur de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes travaille avec une équipe de l’Université de Hong Kong » (Institute of Molecular Functional Materials [Areas of Excellence Scheme, University Grants Committee (Hong Kong)] and Department of Chemistry) afin de développer une nouvelle approche synthétique très générale et performante utilisant la chimie supramoléculaire pour élaborer de nouveaux assemblages moléculaires luminescents.

La chimie supramoléculaire (célébrée par l’attribution du prix Nobel de Chimie 2016 à Feringa, Sauvage et Stoddart) dirigée par la coordination s’affirme depuis deux décennies comme étant une des approches synthétiques contemporaines les plus puissantes. En utilisant cette technique, les chimistes peuvent à la fois élaborer de manière efficace et rapide des molécules très complexes et contrôler leur agencement à l’état solide et en solution. Cela permet notamment de cumuler de manière cohérente au sein des édifices moléculaires élaborés des propriétés physico-chimiques multiples et/ou complémentaires. En conséquence, les dérivés obtenus peuvent présenter de très forts potentiels dans le cadre du développement d’applications nouvelles et performantes dans des champs aussi divers que la médecine, la détection et l’extraction d’espèces (toxiques notamment), l’optoélectronique etc.

Description des structures moléculaires des luminophores bleus, jaunes et vert synthétisés et présentation des spectres d’émission en fonction de la température pour les luminophores jaunes et verts.

Parallèlement, une très forte attention est portée actuellement au développement de complexes de l’ion Cu(I) qui dans certains cas peuvent être très fortement luminescents à l’état solide. En particulier, de tels composés sont présentés comme étant des candidats très attrayants afin de remplacer les substances émissives généralement utilisés dans des dispositifs d’éclairages modernes et économes en énergie, tels que les diodes électroluminescentes. En effet, celles-ci sont très généralement basées sur des précurseurs rares, stratégiques, couteux et parfois très toxiques (tels que des ions de terres rares ou des métaux précieux (platine, iridium…) et/ou des processus de synthèse longs et onéreux. A l’opposé, le cuivre est un élément abondant dans l’écorce terrestre (c’est le 26ème élément le plus abondant) et se trouve réparti de manière plus homogène à l’échelle de la planète.

L’intégration de dérivés luminescents du Cu(I) au sein de dispositifs luminescents performants, accessibles et peu onéreux pourrait notamment rendre possible le remplacement des systèmes d’éclairages urbains actuels. En effet, ces derniers sont encore majoritairement très énergivores et participent notablement à l’alourdissement de la facture énergétique et environnementale de la société moderne. Un des challenges qui demeure actuellement à être relevé en vue de cet objectif consiste à mettre au point de voies de synthèses très générales et rapides de nouvelles familles de dérivés stables et fortement luminescents du Cu(I). Dans ce cadre, la chimie supramoléculaire guidée par la coordination offre des perspectives très intéressantes du fait la large variété structurale des édifices moléculaires obtenus.

A ce jour néanmoins, aucune étude n’avait été rapportée utilisant des dérivés de l’ion Cu(I) en tant que précurseurs pré-assemblés conduisant d’une manière générale et systématique à de nouveaux assemblages supramoléculaires luminescents et multifonctionnels en utilisant la chimie supramoléculaire guidée par la coordination. Une première étude rapportant l’utilisation d’un précurseur luminescent de l’ion Cu(I) dans cette stratégie de synthèse supramoléculaire a été développée et approfondie. Ces travaux montrent dans un premier temps qu’un luminophore bleu tétramétallique de Cu(I) très performant [1] peut être élaboré rapidement et quantitativement en une seule étape de synthèse. Ce composé se révèle alors être un précurseur supramoléculaire du Cu(I) pré-organisé permettant d’accéder de manière sélective et quasiment quantitative à la synthèse directe de nouveaux assemblages supramoléculaires polymétalliques luminescents dans le jaune ou le vert à l’état solide.[2] Les travaux réalisés révèlent que la clé permettant de parvenir à de tels résultats réside en la faculté inédite du précurseur utilisé à adapter sa conformation moléculaire avec une grande amplitude. De plus, l’étude expérimentale et théorique des propriétés photophysiques des nouveaux composés obtenus démontre l’importance cruciale de la flexibilité de l’organisation supramoléculaire générée pour promouvoir l’exaltation des propriétés de luminescences.

Rédacteurs : C. Lescop et V. de Brix

Sources :

[1] M. ElSayed Moussa, S. Evariste, H.-L. Wong, L. Le Bras, C. Roiland, L. Le Polles, B. Le Guennic, K. Costuas, V. W.-W. Yam, C. Lescop,
Solid State Highly Emissive Cu(I) Metallacycle : Promotion of Cuprophilic Interactions at the Excited States.
Chem. Commun., 52 (2016) 11370-11373.

[2] S. Evariste, A.M. Khalil, M. Elsayed Moussa, A. K.-W. Chan, E. Y.-H. Hong, H.-L. Wong, B. Le Guennic, G. Calvez, K. Costuas, V. W.-W. Yam, C. Lescop,
Adaptive coordination-driven supramolecular syntheses toward new polymetallic Cu(I) luminescent assemblies,
J. Am. Chem. Soc., (2018), ASAP DOI : 10.1021/jacs.8b06901.

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