Réseaux supramolécualires et on-surface polymérisation étudiés par microscopie à effet tunnel

Supramolecular networks and on surface polymerization studied by scanning tunneling microscopy

• Auteur / Autrice : Gaolei Zhan
• Direction : Frank Palmino, Frédéric Chérioux, Younes Makoudi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 09/11/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Grandidier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frank Palmino, Frédéric Chérioux, Younes Makoudi, Bruno Grandidier, Steven de Feyter, Pascal Ruffieux, Marie-Laure Bocquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Steven de Feyter, Pascal Ruffieux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultravide

Microscopie tunnel à balayage

Électronique moléculaire

Mots clés libres

Réseaux supramoléculaires

One-surface réaction

Polymérisation radicalaire

STM-UHV

Supramolecular

On surface reaction

Radical polymerisation

STM-UHV

Résumé

Ce travail présente les études, par microscopie à effet tunnel (STM) sous ultravide, d’une part de la formation de réseaux supramoléculaires, résultant de l’auto-assemblage des précurseurs organiques sur les surfaces Cu(111), Au(111), Si(111)-B et HOPG, et d’autre part, de l’étude de réactions chimiques sur les surfaces Cu(111), Au(111) et HOPG. Le premier chapitre décrit l’état de l’art des réseaux supramoléculaires ainsi que les réactions chimiques sur les surfaces. Le deuxième chapitre présente le dispositif expérimental et les théories sous-jacentes, ainsi que les préparations des substrats, de la pointe et la méthode de déposition des molécules.Le troisième chapitre présente les réseaux supramoléculaires formés par les dépositions des molécules fonctionnalisées par des atomes de brome ou d’azote sur les surfaces Cu(111) et Si(111)-B. Dans tous les cas, le rôle de la surface est prédominant lors de la formation des réseaux. Sur Cu(111), deux réseaux linéaires sont stabilisés par des interactions organométalliques entre les adatomes de Cu et les molécules organiques. Sur Si(111)-B, les réseaux formés sont commensurables avec la reconstruction √3 × √3 de la surface. En fonction de la compétition entre les interactions intermoléculaires et molécule-surface, les réseaux peuvent être 2D ou 1D.Le quatrième chapitre présent le premier exemple de polymérisation radicalaire sur une surface. Pour ce faire, quatre molécules de type arylalkyléthers et deux molécules arylalkanes furent synthétisées et déposées sur les surfaces de Cu (111), Au (111) et HOPG. Le mécanisme proposé pour cette réaction débute par une étape d’initialisation grâce à un processus de transfert inélastique d’électron tunnel (IET), générant des radicaux libres qui peuvent ensuite polymérisés par voie radicalaire sur la surface.

This work deals with the investigation, by means of scanning tunneling microscopy under ultra-high vacuum, of supramolecular networks resulting from the self-assembly of organic precursors on surfaces such as Cu(111), Au(111), Si(111)-B and HOPG, but also the investigation of on-surface reactions. The first chapter describes the state-of-the-art of supramolecular networks and on-surface reactions on surfaces. The second chapter presents the experimental setup and theoretical concepts, as well as the preparations of the substrates, the probe tip and the method of molecular deposition.The third chapter presents the supramolecular networks formed by the depositions of molecules functionalized by bromine atoms or nitrogen atoms on the Cu(111) and Si(111)-B surfaces. For both cases, the surface plays a key role in the formation of networks: on Cu(111), the two linear networks are stabilized by metal-organic interactions between the Cu adatoms and the organic molecules; on Si(111)-B, the nanoarchitectures are commensurable with the reconstruction √3 × √3 of the surface. As function of the competition between the intramolecular and intermolecular interactions, the networks could be 2D or 1D.The fourth chapter presents the first example of on-surface radical polymerization, which is developed by the tandem synthetic method. For this end, four arylalkylether molecules and two arylalkane molecules are synthetized and deposited on different types of surfaces such as Cu (111), Au (111) and HOPG. The proposed mechanism suggests that this reaction is initialized by the inelastic electron tunneling (IET) process, which provides the free and stable radicals for the further on surface radical polymerization.