doctorant en chimie physique et science des matériaux : Métasurfaces plasmoniques chirales pour photocatalyse asymétrique

L’Institut Charles Sadron (ICS) est un institut du CNRS affilié à l’Université de Strasbourg (Unistra). Il s’agit d’un laboratoire de recherche multidisciplinaire dédié à la recherche fondamentale dans les domaines des Macromolécules et de la Matière Molle avec des applications en Science des Matériaux. Il s’agit du plus grand centre de recherche dans ce domaine en France (environ 53 chercheurs et enseignants, 38 ingénieurs, techniciens et personnels administratifs et 100 chercheurs temporaires : scientifiques invités, post-doctorants, doctorants…). Il met à disposition toutes les infrastructures nécessaires aux recherches complémentaires des chimistes, physico-chimistes et physiciens. L’ICS dispose d’installations centrales majeures pour la recherche sur les polymères et la science des matériaux, notamment des instruments de fabrication artisanale pour la synthèse et la préparation des matériaux, leur caractérisation physico-chimique et structurelle et la détermination de leurs propriétés physiques. Ils comprennent un large éventail de techniques analytiques, microscopiques, spectroscopiques, rhéologiques et mécaniques ainsi que des installations informatiques. La productivité scientifique de l’ICS est d’environ 120 articles, 3 à 5 brevets et environ 80 présentations invitées par an.
L’ICS est l’un des membres fondateurs de l’Institut Thématique Interdisciplinaire (ITI) HiFunMat, un projet unique consacré à la science des matériaux (recherche et enseignement) impliquant un réseau dense de partenaires académiques et industriels.
L’ICS est situé sur le campus de Cronenbourg à Strasbourg (France). Strasbourg est la plus grande ville de la région Grand-Est et l’une des quatre principales capitales de l’Union européenne. C’est un haut lieu touristique de la vallée du Haut-Rhin et il est très bien classé non seulement pour sa science, mais aussi pour sa qualité de vie.

Le groupe PECMAT de l’ICS possède une expertise de premier plan dans l’étude des matériaux multi-composites à organisation nanométrique, qui comprend :
– la préparation de blocs de construction à l’échelle nanométrique
– l’organisation de ces blocs de construction en (multi)composites (multi)fonctionnels
– le multi-échelle analyse de la structure et de la dynamique de tels systèmes
– optimisation des propriétés des matériaux.

Bien que l’utilisation de la lumière comme source d’énergie en photocatalyse soit bien établie, sa mise en œuvre en réactivité asymétrique hétérogène est encore rare. Il est donc urgent de trouver de nouvelles stratégies pour générer des réactions photochimiques asymétriques efficaces avec le rayonnement solaire. Dans ce projet collaboratif (financé par l’ANR) entre notre groupe de Strasbourg, le laboratoire ITODYS à Paris et le laboratoire CBMN de Bordeaux, nous proposons de combiner les caractéristiques uniques des nanoparticules métalliques plasmoniques comme photocatalyseurs à réactivité asymétrique, visant la réalisation de réactions photocatalytiques hétérogènes et asymétriques pilotées uniquement par des plasmons.[1] Notre objectif ultime est de comprendre la nature de l’interaction entre la lumière, le photocatalyseur hétérogène et les espèces moléculaires afin d’induire un stéréocontrôle de la réaction photochimique.
Pour cela, divers catalyseurs moléculaires et nanoparticulaires seront couplés à une métasurface plasmonique chirale préparée par auto-assemblage. La pulvérisation à incidence rasante (GIS, Fig. 1a) sera utilisée pour assembler des nanofils d’argent en films minces mono- et multicouches orientés avec une orientation et un espacement bien contrôlés. Le SIG sera combiné avec l’approche couche par couche (LbL) pour construire des superstructures multicouches chirales (Fig. 1b). Nous avons récemment montré que de telles nanostructures chirales (Fig. 1c) présentent un dichroïsme circulaire très élevé (Fig. 1d) sur une large plage de longueurs d’onde.[3, 4] L’avantage de cette approche est que les nanocomposites multimatériaux peuvent être facilement fabriqués sur de grandes distances. domaines avec une maîtrise fine de l’architecture nanométrique. La matrice multicouche polyélectrolytique dans laquelle sont noyés les nanofils servira à héberger des catalyseurs moléculaires chimiquement compatibles avec cet environnement hydrophile, ainsi que des catalyseurs de nanoparticules inorganiques. La structure de l’assemblage sera systématiquement caractérisée à l’aide de différentes techniques de microscopie (AFM, SEM, TEM). Les propriétés optiques seront mesurées en combinant différentes approches spectroscopiques et polarimétriques (notamment la spectroscopie polarisée UV-Vis-NIR, l’ellipsométrie, la spectroscopie FTIR et CD). L’efficacité catalytique sera caractérisée en collaboration avec nos partenaires du projet.

1. Y. Negrín-Montecelo, A. Movsesyan, J. Gao, S. Burger, ZM Wang, S. Nlate, E. Pouget, R. Oda, M. Comesaña-Hermo, AO Govorov et MA Correa-Duarte, J. . Suis. Chimique. Soc., 2022, 144, 1663-1671.
2. H. Hu, M. Pauly, O. Felix et G. Decher, Nanoscale, 2017, 9, 1307-1314.
3. H. Hu, S. Sekar, W. Wu, Y. Battie, V. Lemaire, O. Arteaga, LV Poulikakos, DJ Norris, H. Giessen, G. Decher et M. Pauly, ACS Nano, 2021, 15 , 13653-13661.
4. W. Wu, Y. Battie, V. Lemaire, G. Decher et M. Pauly, Nano Lett., 2021, 21, 8298-8303.