Vers une architecture moléculaire organométallique bidimensionnelle par chimie d'interface

par Ana Cristina Gomez Herrero

Thèse de doctorat en Physique de la matière condensée et du rayonnement

Sous la direction de Johann Coraux.

Soutenue le 06-12-2019

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Institut Néel (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Marie-Claire Saint-Lager.

Le jury était composé de Thierry Mélin, Amandine Bellec, Véronique Langlais.

Les rapporteurs étaient Jean-Christophe Lacroix, Sylvain Clair.


  • Résumé

    Contrairement aux matériaux bidimensionnels inorganiques (e.g. graphene, dichalcogénures de métaux de transition), les matériaux bidimensionnels organiques sont synthétique, et présentent une structure plus complexe héritée de leur briques de construction. Une gamme plus riche de propriétés est attendue pour cette raison, et leur production devrait être à bas coût.Dans ce manuscrit de thèse nous présentons nos résultats obtenus selon deux stratégies visant la formation de telles couches organiques bi-dimensionnelles, ou au moins ultraminces. Ces deux stratégies exploitent une chimie interfaciale. La première stratégie s'appuie sur des outils de science des surfaces (microscopie à effet tunnel, spectroscopies de photoémission et de seuil d'absorption par rayons X, théorie de la fonctionnelle de la densité) et se concentre sur une molécule dérivée du triphénylène et ses modifications sur la surface (111) bien définie du cuivre. Si nous ne sommes pas parvenus à élaborer un matériaux bidimensionnel étendu, nous avons découvert que les molécules sont catalytiquement oxydées et dans le même temps changent de structure, d'organisation sur la surface, et d'interaction avec le substrat. Les molécules totalement oxydées se révèlent être d'excellents accepteurs électroniques, meilleurs que la plupart des molécules connues. La seconde stratégie est basée sur une synthèse en solution et des caractérisations plus versatiles (spectroscopies UV-visible et Raman, microscopies optique et électroniques). Elle exploite la chimie dynamique des liaisons imines, avec comme monomère un composé arène(ruthenium), conduisant à la formation d'une nanocouche organométallique polymérique, qui peut être manipulée facilement pour être par exemple reportée sur une membrane suspendue.

  • Titre traduit

    Towards two-dimensional organo-metallic molecular architecture via interface chemistry


  • Résumé

    Compared to inorganic two-dimensional materials (e.g. graphene, transition metal dichalcogenides), organic two-dimensional materials are all synthetic materials, that additionally have a more complex structure inherited from their building blocks. A richer set of properties is for this reason expected from them, and their production should be unexpensive.In this thesis manuscript we present our work on two strategies toward the formation of such organic two-dimensional, or at list ultrathin organic sheet materials. These strategies rely on interfacial chemistry, on one hand at the vacuum/solid interface, and on the other hand the liquid/liquid interface. The first strategy is based on surface science tools (scanning tunneling microscopy, X-ray photoemision and absorption near-edge spectroscopies, density functional theory) and addressed triphenylene derivative molecules experiencing chemical modifications on the well-defined (111) surface of copper. Although we did not yet manage to prepare an extended two-dimensional material in this system, we discovered that the molecules get catalytically oxidized and concomitantly change in shape, surface organization, and interaction with the substrate. We establish that the fully-oxidized molecules are stronger electron acceptor than most known molecules. The second strategy is based on in-solution synthesis and more versatile characterization (UV-visible and Raman spectroscopies, optical and electron microscopies). It exploits dynamic imine bond chemistry starting from ruthenium(arene) monomers, to form polymeric organometallic nanosheets that are conveniently manipulated and can for instance be suspended across membrane.


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