Des feuillets de graphène fluorescent par autoassemblage supramoléculaire

Publié par Redbran le 26/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INC
Lorsqu'une surface de graphène adsorbe une monocouche de molécules, on cherche généralement à obtenir une synergie entre leurs propriétés optiques ou électroniques. Le graphène joue cependant mal son rôle de support pour les composés fluorescents, dont il éteint l'émission de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) à cause d'interactions électroniques. Des chercheurs des laboratoires 2B-FUEL (CNRS/Sorbonne Université/Université Yonsei), MONARIS (CNRS/Sorbonne Université) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Yonsei (Corée du Sud) ont contourné le problème grâce à la reconnaissance supramoléculaire sur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...): le composé fluorescent est lié au graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) par l'intermédiaire d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) espaceur, qui empêche les interactions délétères. Publiés dans la revue Materials Horizons, ces travaux devraient permettre de développer des composants optiques ultraminces.


La surface de graphène (en gris) est recouverte d'une couche autoassemblée de type nid d'abeille (Abeille est un nom vernaculaire ambigu désignant en français certains insectes hyménoptères de la super-famille des Apoidea. En Europe, l'espèce la plus...) (en vert), disposée en grandes alvéoles hexagonales. Le chromophore (halo rouge), complexé à la phthalocyanine de zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) (disque jaune) piégée à plat. © Kim et al.

Le graphène est une forme cristalline (Une forme cristalline est un ensemble de faces d'un cristal qui sont dans un rapport de symétrie.) du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) qui adopte une géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne)...) de feuillet ultramince. Des monocouches d'autres matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) peuvent s'adsorber sur ces feuillets et combiner leurs propriétés à celles de ce support ultramince pour obtenir des matériaux bidimensionnels très intéressants. Mais dans le cas de chromophores organiques fluorescents, des composés qui émettent de la lumière quand ils sont éclairés, le graphène génère des interactions électroniques à l'origine de l'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :) de la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle...). Pour contrer ce phénomène, la distance entre les molécules et le graphène ainsi que leur orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) doivent être contrôlées. Des chercheurs du laboratoire Building blocks for future electronics laboratory (2B-FUEL, CNRS/Sorbonne Université/Université Yonsei), du laboratoire De la molécule aux nano-objets: réactivité, interactions et spectroscopies (MONARIS, CNRS/Sorbonne Université) et de l'université Yonsei (Corée du Sud) ont utilisé la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) supramoléculaire sur surfaces et le concept de chimie "hôte-invité" pour disposer, sans interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) électronique, les chromophores sur le graphène.

Pour cela, les chimistes ont déposé une monocouche de 1,3,5-tristyrylbenzene sur le graphène via un autoassemblage supramoléculaire, c'est-à-dire que ces molécules s'organisent d'elles-mêmes, pour former un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) alvéolaire de type nid d'abeille. Celui-ci reconnaît sélectivement un complexe de phthalocyanine de zinc à ligand axial incorporant un chromophore. La phtalocyanine se posant à plat dans les cavités du réseau, le chromophore se retrouve alors orienté perpendiculairement au graphène et positionné à une distance suffisante pour éviter les interactions électroniques: sa fluorescence est ainsi préservée. Cette stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :), publiée dans la revue Materials Horizons, ouvre des perspectives pour la réalisation de composants électroluminescents ultraminces, ainsi que, pour la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à la recherche...), permettre une électroluminescence induite par la pointe d'un microscope à effet tunnel (Le microscope à effet tunnel (en anglais STM, Scanning Tunneling Microscope) fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le Prix Nobel de...). Les chercheurs tentent à présent d'étendre leur système à d'autres chromophores, ainsi qu'à des molécules photochromes, c'est-à-dire qui commutent réversiblement entre deux états lorsqu'on les éclaire.

Référence:
Byeonggwan Kim, Cheolhyun Cho, Imad Arfaoui, Céline Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne...), Christophe Petit, Tangui Le Bahers, Eunkyoung Kim et André-Jean Attias. 2D host-guest supramolecular chemistry for an on-monolayer graphene emitting platform. Materials Horizons, 2020, 7, 2741.
DOI: 10.1039/D0MH00950D

Contacts:
- André-Jean Attias - Professeur, Building Blocks for FUture Electronics Laboratory, (2B-FUEL) - andre-jean.attias at cnrs (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...).fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) pour la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi...) - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS - inc.communication at cnrs.fr
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