Synthèse, caractérisation et réactivité de composés polymétalliques pour la photochimie et les transferts de charge.

Synthesis, characterization and reactivity of polymetallic compounds for photochemistry and charge-transfer.

• Auteur / Autrice : Violaine Goudy
• Direction : Daniel Meyer, Marc Fontecave
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physicochimie des matériaux
• Date : Soutenance le 24/11/2015
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Séparative de Marcoule
• Jury : Président / Présidente : Joël Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Meyer, Marc Fontecave, Joël Moreau, Jean Weiss, Jérôme Chauvin, Winfried Leibl, Jérôme Maynadié
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Weiss, Jérôme Chauvin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photophysique

Énergie -- Stockage

Solides moléculaires

Électrochimie

Photochimie -- Technique

Synthèse organique

Mots clés libres

Synthèse

Caractérisation

Photochimie

Electrochimie

Polymères de coordination

Matériaux moléculaires

Synthesis

Characterization

Photochemistry

Electrochemistry

Coordination polymers

Molecular materials

Résumé

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre général de la conversion et du stockage de l'énergie lumineuse. Ces systèmes nécessitent généralement l'association de plusieurs constituants comme un photo-sensibilisateur couplé à un centre métallique secondaire activable et présentant des propriétés catalytiques. Le verrou principal de ces systèmes réside dans l'efficacité du transfert de charge photo-induit. Afin de progresser dans la compréhension fondamentale du transfert de charge photo-induit, le comportement électrochimique et photo-physique d'espèces moléculaires a été comparé à celui de polymères de coordination analogues.La mise au point d'une voie de synthèse permettant l'accès aux espèces moléculaires bimétalliques via un ligand pontant et à leurs polymères de coordinations analogues a été la première étape de ces travaux. Les études électrochimiques et photo-physiques des espèces moléculaires intégrant un ou deux photo-sensibilisateurs ont permis de mettre en évidence des caractéristiques importantes pour un transfert de charge photo-induit. Ainsi, l'impact de certains aspects de la nature et de la structure des complexes et des ligands (ancillaires et pontants) sur les propriétés physicochimiques a pu être déterminé. La complexation du centre métallique activable (cobalt) aboutit à une chute importante du temps de vie de l'état excité traduisant une communication électronique entre les deux centres métalliques. L'insertion de groupements électro-donneurs sur les ligands ancillaires du photo-sensibilisateur induit un transfert d'électron favorisé vers le second centre métallique. L'étude a ensuite été portée sur les polymères de coordination (PC) analogues. Deux types de PC ont été développés, un premier où les nœuds du réseau sont uniquement des entités photo-sensibilisatrices, le catalyseur étant complexé au ligand organique pontant, un deuxième constitué d'une alternance régulière de nœuds photosensibles et de nœuds catalytiques. Ces composés, de nature amorphe, ont été synthétisés et leurs propriétés photo-physiques ont été étudiées. Enfin, des tests catalytiques de réduction de CO2 et de proton ont été réalisés sur différents composés moléculaires et polymères de coordination.

This work falls within the global project of the light energy conversion and storage. These systems require the association of several molecular constituents as a photosensitizer coupled to a catalyst. In order to improve the fundamental understanding on photo-induced charge transfer, the photo-physical behavior of molecular species was compared to their coordination polymers analogs. The first step of this work was to develop a synthetic pathway leading to bimetallic molecular species through an organic bridging ligand and to their coordination polymers analogs. The electro-chemical and photo-chemical studies of molecular species incorporating one or two photosensitizing units highlight the essential parameters for a photo-induced charge transfer. The effect of the nature and structure of the complexes and the ligands (ancillary ligands and bridging ligands) on physico-chemical properties was studied. Complexation of cobalt induces a significant drop of the excited state lifetime assigned to an electronic communication between the two metallic centers. Incorporation of electro-donating substituents on the ancillary ligands linked to the photosensitizer unit leads to a better electron transfer to the second metal center. Then the study was focussed on the coordination polymer (PC) analogs. Two kinds of PC were synthesized, a first one incorporating only photosensitizing units as nodes, the catalyst being coordinated to the organic ligand, a second one with photosensitizing and catalytic units as nodes. These amorphous materials were synthesized and their photo-physical properties were studied. Finally the first attempts for the photo reduction of CO2and protons were realized on molecular species and coordination polymers.