Équipe Matériaux et Surfaces Fonctionnels
L’équipe Matériaux et Surfaces Fonctionnels (MSF) constituée de 15 chercheur.e.s et enseignant.e.s-chercheur.e.s permanent.es réalise des activités de recherche dans les domaines de la chimie moléculaire et de la chimie de surface.
La présence dans l’équipe de chercheurs et d’enseignants chercheurs spécialistes de ces deux domaines de la chimie est un atout majeur et se traduit à la fois par des travaux reconnus dans chacun de ces domaines et par le développement de travaux originaux combinant Chimie Moléculaire et Chimie de Surface.
Nos activités de recherche sont regroupées autour de deux thématiques principales :
Thématique 1 : Élaboration de molécules et de matériaux moléculaires
Les compétences de l’équipe en termes de synthèse organique, de chimie de coordination et de chimie organométallique sont mises à profit pour élaborer des molécules, des complexes organométalliques et des matériaux de type polymères de coordination (CPs et MOFs) obtenus par assemblage macromoléculaire.
Chimie organique et valorisation de la biomasse
Nos activités en synthèse organique concernent principalement la synthèse de nouveaux composés N-hétérocycliques (carbazole, pyrrole, terpyridine), de ligands organosoufrés (thioéthers, thiolate, dithiolène et de ligands ditopiques S,N du type azabutadiène, phosphonothioamidates, composés spiraniques N– et S-hétérocycliques . Depuis peu, une partie de nos activités de recherche en synthèse organique se sont centrées sur la valorisation de la biomasse (algale ou via des molécules biosourcées telles que le furfural et le syringaldéhyde) ou de déchets issus de l’industrie (boues d’hydroxydes, déchets de l’héliciculture), afin de synthétiser certaines de ces molécules à façon.
Auto-assemblage de polymères de coordination (CPs) et synthèse de métallopolymères organométalliques : étude de leurs propriétés topologiques et photophysiques
Les composés organiques synthétisés sont utilisés comme briques dans la construction de matériaux fonctionnels (CPs notamment), ou bien pour fonctionnaliser des matériaux préexistant (particules de silice entre autres). Nous nous intéressons plus particulièrement à l’ingénierie cristalline et l’autoassemblage des CPs et MOFs obtenus par coordination de ces ligands avec différents sels métalliques (Cu(I), Ag(I), Hg(II), Bi(III)…) ainsi qu’à l’étude topologique de leur porosité et leurs propriétés photophysiques (luminescence, émission, transfert d’énergie, …). Une partie de ces travaux est accompagnée, en partenariat avec d’autres laboratoires, par des calculs DFT, TD-DFT et AIM.
En chimie organométallique, la compréhension de la réactivité de complexes homo et hétérobimétalliques constitue le cœur de nos travaux. Nous étudions en particulier l’activation de molécules organiques insaturées fonctionnalisées (alcynes, isonitriles) pour former des matériaux ou des édifices polymétalliques et des clusters.
Nos activités s’orientent de plus en plus vers l’élaboration de complexes bioinorganiques et l’étude de leur activité biologique, ainsi que vers le design de matériaux pour des applications biomédicales. L’étude de l’activité (antimicrobienne, antifongiques, inhibition de a-amylase, …) in vitro et même in vivo de ces systèmes polycycliques est réalisée en partenariats avec d’autres laboratoires. Les études de « screening » sont accompagnées in silico par des simulations de « molecular docking » et ADME (Absorption, Distribution, Metabolism, and Excretion).
Principales collaborations
- En France : ICGM Montpellier, URCOM Université du Havre, Institut Femto-ST, Laboratoire Chrono-Environnement Besançon, ICMUB Dijon
- À l’international : Allemagne (TU Dortmund), Espagne (Université de Valladolid), Canada (Université de Sherbrooke), Tunisie (Université de Monastir, Université de Gabès et Université de Tunis-El Manar), Inde (Indian Institute of Technology Indore), Djibouti (CERD).ue.
Thématique 2 : Électrochimie organique et fonctionnalisation de surfaces
Les activités de recherche de l’équipe dans cette seconde thématique s’appuient sur nos compétences en électrochimie organique, en formulation (polymères et colloïdes) et en physico-chimie des interfaces, lesquelles sont mises à profit pour modifier des surfaces ou des particules afin de leur apporter une fonctionnalité selon l’application recherchée.
Modification de surfaces par des polymères organiques conducteurs
L’électrochimie organique nous permet de moduler les propriétés des films formés en termes de conductivité, épaisseur/rugosité, ou encore morphologie, en contrôlant les conditions de dépôts. Les compétences des chimistes organiciens de l’équipe autorisent la réalisation en interne de toutes les étapes nécessaires à l’élaboration de nos dispositifs : synthèse de monomères, polymérisation électrochimique, caractérisations. Les capteurs de gaz et les (bio)capteurs constituent la principale application des matériaux ainsi élaborés. Nous disposons de tous les équipements nécessaires aux études spectro-électrochimiques (UV-Vis et Raman) ainsi qu’au suivi des dépôts grâce à une microbalance à cristal de quartz couplée à l’électrochimie (EQCM).
L’auto-assemblage de polyélectrolytes de charges opposées constitue une autre alternative que nous développons pour déposer des films conducteurs d’épaisseurs contrôlées. Pour ce faire, nous disposons notamment d’un système propre au laboratoire, de réflectrométrie laser à angle fixe qui permet d’élucider les mécanismes de croissance des films. A noter que ces dépôts s’effectuent sur substrats souples pour des applications dans l’électronique organique.
Synthèse de particules inorganique et fonctionnalisation
Une autre partie de nos activités de recherche concerne la synthèse de particules inorganiques (SiO2, ZnO, Ni(OH)2 carbonates et silicates de magnésium hydratés) ou organiques (PMMA) et leur fonctionnalisation. Cette fonctionnalisation concerne le greffage mais également l’adsorption de biopolymères (alginates, chitosans) pour des applications environnementales. Ces particules peuvent être soit déposées sur des surfaces, notamment par technique électrophorétique, afin de contrôler la structuration des dépôts, soit combinées à des polymères afin d’accéder à des matériaux hybrides.
Élaboration de matériaux poreux
Nous nous intéressons à l’élaboration de matériaux poreux obtenus par dépôt de particules, formulation d’hydrogels ou procédé sol-gel. Ces matériaux sont élaborés pour leur propriétés électriques, photocatalytiques ou encore de filtration et utilisés comme biomatériaux.
Principales collaborations
- En France : ICB Dijon, ICMUB Dijon, ICGM Montpellier, Institut Femto-ST, IMT Lille Douai et IS2M Mulhouse
- À l’international : Suisse (HEIG-VD, EMPA-Zurich), Suède (Angström Laboratory, Université d’Uppsala)
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