Matériaux Fonctionnalisés et Hybrides Organiques-Inorganiques

Matériaux poreux, modification de surface de substrats plans ou de nanoparticules.

Les recherches menées dans le groupe sur la thématique « Matériaux Fonctionnalisés et Hybrides Organiques-Inorganiques » (2015-2020) sont détaillées ci-dessous.

Surfaces et particules biofonctionnalisées

La biofonctionnalisation de surfaces est une étape clé en biotechnologie pour des applications biocapteurs, la bio-séparation ou biocatalyse. Nous développons la fonctionnalisation de nanoparticules magnétiques MNPs  (γ-Fe 2 O 3 ), ayant la particularité d’être facilement recyclées par simple décantation magnétique. Elles ont été utilisées  pour  de  la  bio-immobilisation  spécifique  par  des  réactions  thiol/maléimide,  pour  le développement  de  catalyseurs  supportés  organique-inorganique,  pour  la  détection  et  l’extraction sélective du césium et du thallium, et pour l’immobilisation orientée d’enzyme pour la biocatalyse. Enfin, le greffage sur des nanoparticules de titane (TiO 2 ) a été réalisé pour  la  conception  de  nanoparticules  fonctionnelles  luminescentes  pour  la  théranostique et la synthèse de supraparticules  de silice (SiO2) magnétiques et fluorescentes ont été réalisées pour la détection  optique de l’abrasion de surfaces en collaboration avec Fraunhofer-Institute for Silicate Research ISC, (Würzburg).  La fonctionnalisation de MNPs par des acides boroniques fluorogènes  est à l’étude pour la détection et la capture simultanées de sucres et de composés glycosylés d’intérêt biologique.

 Par ailleurs,  nous  avons  développé  une  fonctionnalisation  spécifique  pour  rendre  réutilisable  un  biocapteur  de type SPR pour la détection de l’Estradiol. Nous avons également mis au point une SAM permettant de minimiser  les  déformations  d’une  biomolécule  unique  (virus)  en  imagerie  AFM.  Le  contrôle  de  la distribution des sites fonctionnels sur un substrat peut être envisagé via la préparation de SAMs mixtes. Nous avons  démontré  que  les  agents  de  couplage  possédant  un  groupe  urée  permettaient  d’avoir  une composition de la monocouche similaire à celle en solution. Enfin, des SAMs fonctionnalisées en surface par  des  groupements  azoture  ont  été  obtenues  par  spin coating  et  ont  montré  leurs  efficacités  pour l’immobilisation covalente par chimie click de dérivés alcynes.

Monocouches auto-assemblées (SAMs) photo-commutables pour des applications de stockage de données

Les enjeux importants dans le domaine du stockage de données qui sont de pouvoir  augmenter de plusieurs ordres de grandeur les capacités des mémoires optiques disponibles commercialement ainsi que de maximiser la répétabilité. Cet axe de recherche propose de concevoir des SAMs photosensibles composées d’interrupteurs  optiques non linéaires dans le but de stocker une unité d'information à l'échelle d'une molécule ou d'un nano-domaine et de l'adresser individuellement de façon non-destructive.  Ces SAMs intègreront des mélanges de deux types de photochromes dont la commutation peut être contrôlée indépendamment par des irradiations de longueurs d'onde différentes  (azobenzènes et DASA). Ce projet, financé par l’ANR et le GPR-Light, est mené en collaboration dans l’Institut (V. Rodriguez, GSM et F. Castet, THEO).

Nanoparticules et hétéronanostructures fonctionnelles pour la détection de gaz et la photocatalyse

Les  oxydes  métalliques  à  large  bande  interdite  tels  que  le  dioxyde  de  titane  (TiO 2 )  ou  le  dioxyde  d’étain(SnO 2 ) présentent des propriétés remarquables ce qui leur confère une large gamme d’applications dans les domaines de la photocatalyse, de l’optoélectronique, de la détection de gaz et de la conversion d’énergie.  Dans ce contexte, une méthode sol-gel de type polyol a été optimisée pour synthétiser des nanocristaux de SnO 2  dopés (Vanadium, Zinc) ou non. Les propriétés structurales et texturales de ces particules ont conduit à des propriétés optiques et électroniques prometteuses conduisant à des applications dans le domaine de  la  photodécomposition  de  polluants  organiques.  Par  ailleurs,  nous  avons  développé  une  voie hydrothermale  à  partir  de  colloïdes  commerciaux  pour  produire  en  grandes  quantités  des  nanoparticules sphériques  de  SnO 2   dédiées  à  la  détection  sélective  de  gaz.  En  particulier,  l’importance  du  contrôle  des conditions de pH pour éliminer les cations alcalins présents dans les colloïdes commerciaux a été montrée ce qui  a  conduit  à  d’excellentes  propriétés  en  détection  de  gaz  réducteurs.  Ces  travaux  ont  également permis la mise au point de méthodes de caractérisation des propriétés thermiques et texturales de matériaux nanoscopiques ce qui a été valorisé dans cas de l’étude de particules d’oxydes de cérium (collab. ICMCB Bordeaux) et de clathrates (ISM).   Par  ailleurs,  en  collaboration  avec  la  TU  Darmstadt  (Allemagne),  la  chimie  sol-gel  a  été  exploitée  pour élaborer des matériaux oxydes à base d’hétérojonctions de type quasi-métal/semi-conducteur n (RuO 2 /TiO 2 et  RuO 2 /ZnO)  ou  semi-conducteur  p/semi-conducteur  n  (NiO/TiO 2 ).  Ces  hétéronanostructures,  stables  et recyclables, se sont avérés être de meilleurs photocatalyseurs que les oxydes parents dans la décomposition de chromophores organiques et la production d’hydrogène sous irradiation UV. Ces travaux ont été poursuivis sur des nanoparticules de TiO 2  aux facettes cristallographiques exposées bien définies dont les propriétés électroniques ont été soigneusement déterminées en fonction du polymorphe envisagé (anatase ou  rutile)  et  de  la  nature  de  la  phase  en  contact  avec  ces  nanoparticules.  Ces  travaux  ont notamment  permis  de  démontrer  expérimentalement  pour  la  première  fois  les  différences  de  propriétés électroniques des facettes [101] et [001] dans les cristaux d’anatase.  Par ailleurs, des hétérojonctions de type
semi-conducteur  p/semi-conducteur  n  NiO/TiO 2  par  dépôt  sélectif  de  NiO  sur  les  facettes  [101]  de nanocristaux d’anatase ont été préparées par photodéposition ou dépôt chimique par voie supercritique,  une  attention  particulière  étant  portée  sur  l’influence  des  facettes  exposées  sur  les  propriétés photocatalytiques.  Enfin,  ces  études  ont  été  plus  récemment  étendues  à  des  hétérostructures  à  base  de BiVO 4   et  de  CuFeO 2   obtenues  par  photodéposition  de  cocatalyseurs  (Ag,  Pt,  NiO x ,  CoO x )  sur  différentes facettes cristallines de BiVO 4  et de CuFeO 2.
 

Coordonnées

Institut des Sciences Moléculaires - groupe C2M
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