Polymères de coordination à base de terres rares luminescents : vers une recyclabilité des matériaux

Luminescent rare earths-based coordination polymers : toward recyclability of materials

• Auteur / Autrice : Chloé Blais
• Direction : Olivier Guillou, Carole Daiguebonne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Inorganique
• Date : Soutenance le 22/09/2023
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Régis Gautier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Guillou, Carole Daiguebonne, Régis Gautier, Anne-Sophie Chauvin, Sylvie Ferlay, Talal Mallah
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Sophie Chauvin, Sylvie Ferlay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique

Luminescence

Alliages

Recyclage

Matériaux

Polymères

Terres rares

Mots clés libres

Terres rares

Polymères de coordination

Luminescence

Luminance

Thermodynamique

Rare earths

Coordination polymers

Luminescence

Luminance

Thermodynamics

Résumé

L'objectif de cette thèse était de lever les verrous scientifiques liés à l'utilisation des polymères de coordination à base de terres rares en tant que marqueurs luminescents pour la recyclabilité des matériaux. Trois d'entre eux ont été ciblés plus particulièrement. En premier lieu, les transferts d'énergie intermétalliques au sein des alliages moléculaires à base de terres rares émissives mènent à une perte significative de leurs propriétés optiques. Une étude a donc été menée pour mieux comprendre leurs mécanismes et identifier les structures cristallines idéales pour en limiter l'effet. Dans un second temps, les phénOmènes pouvant avoir lieu en solution lors de la synthèse de particules de type cœur-coquille dont les propriétés optiques ont été démontrées comme particulièrement intéressantes dans ce type d'application, ont été étudiés. Cette étude a notamment permis de quantifier la solubilité des polymères de coordination à base d'acide téréphtalique, dans l'optique de comprendre comment associer au mieux les terres rares au sein de ces édifices pour obtenir les propriétés souhaitées et une synthèse répétable. Enfin, la mesure de la luminance des composés émissifs dans le visible, technique qui permet notamment de comparer l'intensité lumineuse par unité de surface de deux marqueurs dispersés dans une matrice, a été menée sur un ensemble de polymères de coordination précédemment étudiés au laboratoire. Cette étude a permis de proposer des références et de définir un protocole de mesure robuste et fiable.

The aim of this thesis was to overcome the scientific hurdles associated with the use of rare-earth-based coordination polymers as luminescent markers for the recyclability of materials. Three in particular were targeted. Firstly, intermetallic energy transfers within emissive rare-earth-based molecular alloys lead to a significant loss of their optical properties. A study has therefore been carried out to better understand their mechanisms and identify the ideal crystal structures to limit their effect. Secondly, the phenomena that can occur in solution during the synthesis of core-shell particles, whose optical properties have been shown to be specifically interesting in this type of application, were studied. ln particular, this study quantified the solubility of terephthalic acid-based coordination polymers, with a view to understanding how best to combine the rare earths within these edifices to achieve the desired properties and repeatable synthesis. Lastly, the luminance of visible emissive compounds was measured, a technique that notably enables comparison of the lu minous intensity per ùnit area of two markers dispersed in a matrix, on a set of coordination polymers previously studied in the laboratory. This study has enabled us to propose benchmarks and define a robust, reliable measurement protocol.