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Les métallasilsesquioxanes, molécules-cage dans laquelle sont piégés des atomes métalliques, sont d'excellents catalyseurs pourvus de propriétés magnétiques. Les rendre luminescents serait encore plus intéressant pour de nombreuses applications. Des chercheurs de l'ICGM (CNRS/Université de Montpellier/ENSC Montpellier), de l'Académie des sciences de Russie et de l'Université Russe de l'Amitié des Peuples ont obtenu les premiers métallasilsesquioxanes en forme de cages luminescents via l'introduction d'ions lanthanides. Selon ces travaux, qui font la couverture de Chemistry, a European Journal, ce type de composés luminescents et magnétiques pourrait à terme être utilisé par exemple pour mesurer la température locale à des échelles nanométriques ou pour stocker de l'information à l'échelle moléculaire.
Molécule Cage de Lanthanides Silsesquioxanes Luminescents. © M. Mikhail M. Levistky.
Les silsesquioxanes sont des composés formés de carbone, de silice et d'oxygène. Certains s'organisent spontanément pour former une "cage" dans laquelle d'autres atomes sont "piégés" et apportent ainsi de nouvelles propriétés. Lorsque des ions métalliques y sont "capturés", ces cages deviennent par exemple de très bons catalyseurs. Y piéger des ions lanthanides, connus pour leurs propriétés optiques et magnétiques, permettrait en théorie de conférer ces propriétés aux silsesquioxanes. Dans la pratique, les interactions entre les ions de lanthanides au sein de cette matrice moléculaire éteignent souvent leur luminescence. Décidés à réactiver cette propriété, des chercheurs de l'Institut Charles Gerhardt Montpellier (ICGM, CNRS/Université de Montpellier/ENSC Montpellier), de l'Académie des sciences de Russie et de l'Université Russe de l'Amitié des Peuples ont généré la première famille de lanthanidesilsesquioxanes tétranucleaires qui présentent bien une structure en cage et qui luminescent grâce aux lanthanides, tout en étant magnétiques.
Pour y parvenir, les chercheurs ont testé différents ligands afin d'en trouver qui permettent de maintenir les atomes de lanthanides dans la cage moléculaire sans altérer leurs propriétés optiques. La présence simultanée de luminescence et de magnétisme ouvre la voie à différentes applications y compris dans le domaine des nanomatériaux. Ainsi, des différences d'émissions entre silsesquioxanes de type cage à base de divers lanthanides pourraient permettre de mesurer les températures locales, et donc offrir une application en thermométrie à l'échelle nanométrique. Le magnétisme intéresse quant à lui pour sa capacité à stocker de l'information sur une molécule, comme dans les disques durs, mais sur des espaces encore plus réduits. Le but est d'obtenir à terme des matériaux multifonctionnels dont les deux propriétés, le magnétisme et la luminescence se régulent en synergie: affecter la luminescence en jouant sur le magnétisme.
Ces travaux ont été soutenus par un Projet de recherche conjoint (PRC) du CNRS et de la Fondation russe pour la recherche fondamentale (RSFBR), ainsi que par une bourse Vernadski de l'ambassade de France en Fédération de Russie, qui finance des thèses en cotutelle entre les deux pays.
Référence:
Alena N. Kulakova, Alexey N. Bilyachenko, Mikhail M. Levitsky, Victor N. Khrustalev, Elena S. Shubina, Gautier Felix, Ekaterina Mamontova, Jérôme Long, Yannick Guari, and Joulia Larionova. New luminescent tetranuclear lanthanide-based silsesquioxane cage-like architectures. Chemistry, a European Journal, 2020.
https://doi.org/10.1002/chem.202003351
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