Synthèse d'hybrides de polyoxométallates : greffage contrôlé sur électrodes pour l'étude de jonctions moléculaires

par Maxime Laurans

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Anna Proust et de Florence Volatron.

Soutenue le 28-09-2018

à Sorbonne université , dans le cadre de École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre (Paris) , en partenariat avec Institut parisien de chimie moléculaire (laboratoire) .

Le président du jury était Olivier Pluchery.

Le jury était composé de Pierre Mialane, Stéphane Rigaut.

Les rapporteurs étaient Pierre Mialane, Vincent Derycke.


  • Résumé

    Les polyoxométallates (POMs) de type Keggin [XM12O40]n- (avec X=P… et M= W, Mo …) sont des oxydes moléculaires de métaux de transition à haut degré d’oxydation qui présentent des réductions successives et réversibles dans une gamme étroite de potentiel. Leur incorporation dans des dispositifs de mémoire moléculaire semble alors prometteuse. Nous avons développé leur intégration comme briques élémentaires via une approche “bottom-up” qui surmonte les limites de l’approche “top-down” plus commune. Cela nécessite un contrôle fin de leur greffage et de leur densité surfacique pour l’obtention de dispositifs performants. Nous avons donc développé le greffage covalent de POMs sur des surfaces à base de silicium et d’or. Des hybrides de POMs à terminaison diazonium BA3[PM11O39{SnC6H4C≡CC6H4N2}] (avec M=W or Mo) ont formé des monocouches complètes greffées sur des surfaces de silicium hydrogénées qui mettent en évidence l’influence du métal constitutif du fragment polyoxométallate sur les propriétés de transport de charges de la jonction. Le greffage d’hybrides de POM à terminaison acide carboxylique sur des substrats d’oxyde de silicium a aussi été développée. Un hybride de POM à terminaison aniline TBA4[PW11O39{SnC6H4C≡CC6H4NH2}] a été greffé en deux étapes via un couplage peptidique sur une monocouche à terminaison acide carboxylique sur surface d’or. Des monocouches compactes ont été obtenues mais pas de façon totalement reproductible et les premiers essais de dilution sont encourageants. Une nouvelle famille d’hybrides de POMs mixtes a été synthétisée : TBA4[PMoxW11-xO39{SnR}]. Cela permettra de combiner les propriétés redox du molybdène et la robustesse due au tungstène.

  • Titre traduit

    POM hybrids synthesis : controlled grafting onto electrodes for molecular junction study


  • Résumé

    Keggin type polyoxometalates (POMs) [XM12O40]n- (with X=P… and M= W, Mo…) are molecular oxides of early transition metals with a high oxidation state. They present electrochemical successive reversible reduction waves in a narrow range of potential. This makes them good candidates to be incorporated into molecular memory devices. We chose a “bottom-up” approach where the POMs are the building blocks to overcome the limitation of the “top-down” process commonly used. A fine control of the POM grafting and of the surface density is essential to get better erase/writing time of the device. So, we developed POM hybrids for grafting them covalently onto silicon based and gold substrates. Diazonium-terminated POM hybrids (with M=W or Mo) lead to compact homogeneous monolayers onto hydrogenated silicon surfaces. Electrical measurements of the two analogous modified surfaces show different behaviour highlighting the role of the constituting POM metal into the charge transport. Carboxylic-terminated POM hybrids have also been grafted in a one-step process onto silicon oxide surface resulting in a smooth and dense monolayer. Then, an aniline-terminated POM hybrid has been grafted onto a carboxylic-terminated SAM of thiols onto gold thanks to a peptide coupling. Compact monolayers have been obtained without complete reproducibility and the first attempts of dilution are encouraging. A new family of POM hybrids have been synthesized: mixed-metal POM hybrids TBA4[PMoxW11-xO39{SnR}]. This will permit to combine the electrochemical properties of molybdenum and the robustness of tungsten.


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