Experimental and theoretical charge density analysis of functionalized polyoxovanadates : toward a better understanding of chemical bonding and chemical reactivity

par Xiao Xu

Thèse de doctorat en Physical chemistry

Sous la direction de Anne Spasojevic de Biré et de Nour Eddine Ghermani.

  • Titre traduit

    Détermination de la densité électronique expérimentale et théorique de polyoxovanadate : vers une meilleure compréhension des liaisons chimiques et de la réactivité chimique


  • Résumé

    Les polyoxovanadates fonctionalisés (POVs) présentent des structures de type cœur – cluster super-octahédral à l’échelle nanométrique, des propriétés électroniques et magnétiques facinantes, de nombreux isomers possédant des propriétés thermodynamiques de type réduction – oxydation et des applications catalytiques prometteuses. Parmi ces différentes propriétés, nous nous sommes intéressées aux propriétés de transfert de charge et de fluorescence. Cependant, comprendre des comportements de transfert de charge, et des mécanismes de fluorescence de ces héxavanadates fonctionnalisées est un encore véritable challenge.La diffraction des rayons X haute résolution permet l’analyse des propriétés électroniques et topologiques, et représente une méthode performante pour étudier les liaisons chimiques et la réactivité chimique, basées sur la détermination des propriétés électroniques et électrostatiques. Par conséquent ces propriétés ont été déterminées pour des polyoxovanadates et sont discutées au niveau atomique.Dans ce manuscrit, nous présentons les résultats de : i) la densité électronique expérimentale, la topologie et les propriétés électrostatiques de deux hexavanadates fonctionnalisées (V6), [(C4H9)4N]2[V6O13{(OCH2)3CCH2OCCH2CH3}2] (V6-C3) and Na2[V6O13{(OCH2)3CCH2OH}2]·3.5H2O (V6OH) ; ii) les calculs théoriques ab initio, d’une série de composés fonctionnalisées (V6) et du décavanadate (V10). Les informations chimiques déduites de l’analyse de la densité électronique sont utilisées pour une meilleure compréhension de la distribution de la densité de charge, des propriétés de fluorescences, du comportement en terme de fonctionnalisation, et des propriétés biologiques.


  • Résumé

    The functionalized polyoxovanadates (POVs) exhibit nanoscale superoctahedral cluster-core structures, fascinating electronic and magnetic properties, various thermodynamically stable redox isomers, and potential catalytic capabilities. Among of the various properties, we are interested in the charge transfer and fluorescent properties. However, understanding such a charge transfer behavior and fluorescence mechanism of these functionalized hexavanadates is still a formidable challenge.High resolution X-ray crystallography allows the analysis of the electronic and topological properties, and provides a method to study the chemical bonding and chemical reactivity based on charge density and the electrostatic properties determination. Experimental and theoretical charge density analysis of functionalized polyoxovanadates has been carried out and the related properties have been discussed at the atomic level.In this manuscript, we present the results of: i) experimental charge density and related electronic and topological properties of two functionalized hexavanadates (V6), [(C4H9)4N]2[V6O13{(OCH2)3CCH2OCCH2CH3}2] (V6-C3) and Na2[V6O13{(OCH2)3CCH2OH}2]·3.5H2O (V6OH); ii) theoretical calculations on a series of functionalized V6 compounds, and decavanadate (V10). The chemical information from charge density analysis is used for a better understanding of the charge density distribution, charge transfer, fluorescent properties, functionalization behavior, and biological activities.


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