Contact : Catherine Henry de Villeneuve
Participants : Catherine Henry de Villeneuve et Michel Rosso
Proposition de thèse :
Les MOFs (Metal Organic Frameworks) sont des matériaux cristallins poreux obtenus par assemblage d’ions métalliques et de ligands organiques. Ces matériaux offrent une grande diversité de propriétés structurales et physicochimiques, ajustables par le choix des précurseurs, ce qui leur donne un fort potentiel pour de nombreuses applications. Le plus souvent synthétisés sous forme de poudres (nano)microcrystallines, leur mise en forme sur des surfaces en vue de leur intégration dans des dispositifs est un domaine de recherche très actif.
Dans ce contexte notre équipe s’intéresse à la réalisation de couches MOF par croissance directe sur des surfaces. L’approche que nous développons est basée sur l’utilisation de surfaces de silicium modèles qui permettent - entre autres - la mise en œuvre de techniques de grande sensibilité (AFM, spectroscopie ATR-FTIR) pour la caractérisation de ces matériaux en couches minces. Les systèmes étudiés sont des MOFs à base de Fer et de ligands carboxylates (Fig.1). Nos travaux portent sur le développement de procédures de synthèse, l’étude des mécanismes de croissance et les relations structure/propriétés de ces matériaux en couches minces.
Fig.1 : Exemples de couches MOF obtenues à partir d’ions Fe3+ et de ligands 1,4-benzène dicarboxylates (Fe-BDC) sur des surfaces de silicium fonctionnalisées. Nos résultats montrent la croissance de différentes phases structurales (MIL 101, MOF 235, MIL 68 ou MIL 53) en fonction des conditions de synthèse (chimie de surface, composition de la solution...) et différentes morphologies de couches (cristallites individuelles orientées, tapis d’aiguilles ou couches poly-cristallines denses). Grâce à des images AFM haute résolution montrant un réseau périodique de pores à la surface de nano-cristallites (image du haut à droite) ou une structure en terrasse avec une hauteur de marche caractéristique (image du bas à droite), nous avons pu déterminer la structure cristalline et l’orientation (phase cubique MIL 101, texture (111)) de nanostructures 2D ultraminces (épaisseur < 50 nm).
thèse : Weichu Fu (2023)
Postdoc : Weichu Fu (2023-2024), Nadia Soulmi (2020-2021)
Financements : CSC, E4C, chaire EDF-Développement durable.
Publication : Growth of Fe-BDC Metal Organic Frameworks onto functionalized Si (111) surfaces, H. Yuan, W. Fu, N. Soulmi, C. Serre, N. Steunou, M. Rosso, C. Henry-de-Villeneuve, Chemistry - An Asian Journal 17 (2022) e202200129.