Contact : Catherine Henry de Villeneuve
Participants : Catherine Henry de Villeneuve et Michel Rosso
Les MOFs (Metal Organic Frameworks) sont des matériaux cristallins poreux obtenus par assemblage d’ions métalliques et de ligands organiques. En raison de leurs propriétés structurales et physico-chimiques ajustables par le choix des précurseurs, ces matériaux ont un fort potentiel pour de nombreuses applications. Leur intégration comme composants actifs dans des dispositifs est un domaine de recherche très actif. Dans ce contexte, la réalisation de couches MOF avec des propriétés ciblées bien contrôlées est un enjeu majeur, mais reste un challenge pour un grand nombre de ces matériaux.
Dans ce contexte nous nous intéressons à la réalisation de couches MOF par croissance directe sur des surfaces de silicium de structure et chimie de surface contrôlées, compatibles avec une large gamme de conditions de synthèse (stabilité chimique et thermique). Au-delà de l’intérêt technologique, la croissance de MOFs sur des surfaces modèles permet la mise en œuvre de méthodes de caractérisation de grande sensibilité (AFM, ATR-FTIR…) pour l’étude des mécanismes de croissance et des propriétés de ces matériaux en couches minces.
Nos travaux récents [Yuan2022] portent sur la croissance de MOFs à base de FeIII et de ligands téréphtalates (BDC). Selon les conditions de synthèse (chimie de surface, composition de la solution, température), différentes morphologies (cristallites individuelles ou couches denses, Fig.1 images MEB) et/ou phases structurales (MIL-101, MIL-53, MIL-68, MOF-235) ont été obtenues, dans certains cas avec des orientations préférentielles. Des résultats particulièrement intéressants et originaux sont l’obtention de couches minces 2D ultraminces (~ 35 nm) présentant des terrasses monocristallines (111) étendues et l’identification structurale de nano-cristallites 2D de quelques nm d’épaisseur par de l’imagerie AFM haute résolution (mise en évidence d’un réseau hexagonal de pores en surface) (Fig.1 images AFM).
Fig.1 : Croissance de MOF Fe-BDC : morphologies et phases structurales obtenues sur des surfaces de Si fonctionnalisées. Images MEB (gris) : cristallites 3D orientées (haut) ou couches denses poly-cristallines (bas). Images AFM (orange-brun) : nano-cristallites 2D avec un réseau de pores visible en surface (haut) et couche 2D ultramince présentant des terrasses (111) monocristallines étendues (bas).
Postdoc (financement Centre Interdisciplinaire de recherche E4C, IPP) : Weichu FU (2023-2024) "FeBDC MOF layers for the passivation of silicon anode for Li ion batteries"
thèse récente :
Weichu Fu (CSC 2023), "FeBDC MOF thin Layers : Application to the passivation of Si anodes for Li-ion Batteries"
https://theses.hal.science/tel-04506460v1/document
Publication :
[Yuan2022] Yuan, H. Y., Fu, W. C., Soulmi, N., Serre, C., Steunou, N., Rosso, M., de Villeneuve, C. H., Growth of Fe-BDC Metal-Organic Frameworks onto Functionalized Si (111) Surfaces, CHEMISTRY-AN ASIAN JOURNAL, 2022, 17, e202200129
https://doi.org/10.1002/asia.202200129