Synthèse et étude des matériaux graphéniques – Fév. 2027

Domaine, spécialité : CHIMIE Mots-clés : Chimie organique Unité de recherche : NIMBE / LICSEN Synthèse et étude des matériaux graphéniques Résumé Le terme « graphène » recouvre toute une famille de matériaux. Dans le cadre de ce stage, nous proposons de fabriquer, par des méthodes de synthèse organique, des nanoparticules de graphène afin d’étudier leurs propriétés optiques et qui pourront servir de base à la réalisation de matériaux à base de graphène. Sujet détaillé Depuis la découverte du graphène, une grande attention a été portée à la fabrication de matériaux liés au graphène tels que les nanoparticules [1,2] et les nanorubans [3-5] de graphène en utilisant l’approche « bottom-up ». Cette approche, basée sur la chimie organique et la synthèse d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) géants, est le seul moyen de contrôler la structure au niveau atomique, ce qui permet de lier précisément les propriétés électroniques à la structure (taille, symétries, forme des bords, etc.) des nanographes. Si la photophysique des dérivés de l’hexabenzocoronène est relativement bien connue [6], presque aucune caractérisation optique avancée n’a été réalisée sur des structures plus grandes. En 2018, nous avons rapporté des expériences de spectroscopie à molécule unique sur les molécules dites superphénalènes C96(C12H25)6 [7]. Nous avons montré que les nanoparticules de forme triangulaire sont des émetteurs de photons uniques efficaces et stables à des températures ambiantes et cryogéniques [8-9]. Plus récemment, nous avons synthétisé une famille de nanoparticules allongées contenant jusqu’à 132 atomes de carbone hybridés sp2. Ces nanoparticules présentent des propriétés optiques exceptionnelles, telles que des rendements quantiques proches de 100% et l’émission de photons uniques [10,11]. Ce projet vise à répondre aux questions scientifiques suivantes : à partir de quelle taille les molécules conjuguées commencent-elles à se comporter comme des solides ? Existe-t-il une nouvelle physique aux échelles intermédiaires, ou la transition est-elle abrupte ? Pour répondre à ces questions, nous augmenterons progressivement la longueur et la largeur des nanoparticules par synthèse contrôlée, et suivrons l’évolution des propriétés photophysiques pas à pas jusqu’à atteindre la situation où la cohérence spatiale de l’exciton est plus petite que la taille de la particule. Le sujet de ce stage est la chimie moléculaire. Les techniques classiques de chimie seront utilisées (hottes de chimie, atmosphère inerte, rampe de Schlenk vide/argon, etc.) Les matériaux seront caractérisés par spectroscopie RMN, UV-Vis-NIR, spectroscopie de photoluminescence et spectrométrie de masse (MALDI-TOF). Pour ce projet, le candidat doit avoir une solide formation et un goût prononcé pour la chimie organique. L’étude des propriétés photophysiques des matériaux sera réalisée en collaboration avec le laboratoire Lumière, Matière et Interfaces (LuMIn) de l’ENS et de l’Univ. Paris-Saclay. Références Wu, J. ; Pisula, W. ; Müllen, K. Chem. Rev. 2007, 107, 718. Narita, A. ; Wang, X. Y. ; Feng, X. ; Müllen, K. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 6616. Pijeat, J. ; Lauret, J.-S. ; Campidelli, S. « Bottom-up approach for the synthesis of graphene nanoribbons ». Dans Graphene Nanoribbons, Brey, L., Seneor, P., Tejeda, A., Eds ; IOP Publishing Ltd : 2020 ; p 2.1-2.25. Niu, W. ; Ma, J. ; Feng, X. Acc. Chem. Res. 2022, 55, 3322. Chen, Z. ; Narita, A. ; Müllen, K. Adv. Mater. 2020, 32, 2001893. Haines, P. ; Reger, D. ; Träg, J. ; Strauss, V. ; Lungerich, D. ; Zahn, D. ; Jux, N. ; Guldi, D. M. Nanoscale 2021, 13, 801. Zhao, S. ; Lavie, J. ; Rondin, L. ; Orcin-Chaix, L. ; Diederichs, C. ; Roussignol, P. ; Chassagneux, Y. ; Voisin, C. ; Müllen, K. ; Narita, A. ; Campidelli, S. ; Lauret, J.-S. Nat. Commun. 2018, 9, 3470. Liu, T. ; Tonnelé, C. ; Zhao, S. ; Rondin, L. ; Elias, C. ; Medina-Lopez, D. ; Okuno, H. ; Narita, A. ; Chassagneux, Y. ; Voisin, C. ; Campidelli, S. ; Beljonne, D. ; Lauret, J.-S. Nanoscale 2022, 14, 3826. Liu, T. ; Carles, B. ; Elias, C. ; Tonnelé, C. ; Medina-Lopez, D. ; Narita, A. ; Chassagneux, Y. ; Voisin, C. ; Beljonne, D. ; Campidelli, S. ; Rondin, L. ; Lauret, J.-S. J. Chem. Phys. 2022, 156, 104302. Medina-Lopez, D. ; Liu, T. ; Osella, S. ; Levy-Falk, H. ; Rolland, N. ; Elias, C. ; Huber, G. ; Ticku, P. ; Rondin, L. ; Beljonne, D. ; Lauret, J.-S. ; Campidelli, S. Nat. Commun. 2023, 14, 4728. Levy-Falk, H. ; Capelle, O. ; Liu, T. ; Medina-Lopez, D. ; Deleporte, E. ; Campidelli, S. ; Rondin, L. ; Lauret, J.-S. Phys. Status Solidi B 2023, 260, 2300310. Lieu du stage Saclay, France Conditions du stage Durée du stage : 5-6 mois Niveau d’étude : Bac 5

Formation:
Master 2 Poursuite en thèse de doctorat : Oui Date limite d’inscription : 4 décembre 2026 Compétences requises Méthodes Et Techniques Utiles Synthèse organique, RMN, spectrométrie de masse, spectroscopie d’absorption et de photoluminescence Langue : Anglais Liens Utiles Site web du laboratoire : NIMBE/LICSEN Page personnelle du responsable de stage : Stéphane Campidelli NIMBE/LICSEN Responsable du stage Stéphane CAMPIDELLI Tél : 33 1 69 08 51 34 Email : stephane.campidelli@cea.fr Responsable du laboratoire : NIMBE / LICSEN Frédéric OSWALD