Nanochimie supramoléculaire : de auto-assemblage à architectures modulaires

Supramolecular nanochemistry : from self-assembly to responsive architectures

• Auteur / Autrice : Artur Ciesielski
• Direction : Paolo Samorì
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanochimie

Complexation

Interfaces solide-liquide

Autoassemblage

Chimie supramoléculaire

Résumé

La chimie supramoléculaire est l'une des innovations les plus importantes dans les dernières décennies concernant les domaines de la chimie inorganique, organiques et bio-chimie. La chimie supramoléculaire repose sur l'utilisation des interactions non-covalentes pour auto-assembler, avec une précision sous-nanométrique, des entités chimiques en forme de matériaux avec des propriétés chimiques et physiques pré-programmés: la chimie supramoléculaire ainsi est la clé pour les nanosciences et la nanotechnologie. La chimie supramoléculaire offre un excellent contrôle sur le processus d'auto-assemblage moléculaire: sa nature unique combine la réversibilité, la directivité, la spécificité et la coopérativité. La chimie supramoléculaire a été appliquée à ce jour particulièrement à des solutions, des cristaux 3D et en 2D sur des surfaces dans un environnement ultra-vide. En 2D à l'interface solide-liquide, un environnement dans lequel beaucoup de chimie humide peut être effectuée, ces concepts n'ont pas encore été pleinement exploités. Dans cette thèse, nous avons prouvé que la combinaison de la chimie supramoléculaire des surfaces et interfaces avec les microscopies à sonde à champ proche peuvent offrir un haut niveau de contrôle sur la nanofabrication ascendante des matériaux fonctionnels. L'utilisation de l'approche supramoléculaire a permis de localiser des groupes fonctionnels dans deux dimensions avec un degré élevé de précision, ceci a permis de structurer des surfaces de manière rationnelle. Des enquêtes STM à l'interface solide-liquide ont permis l'exploration de ces structures et des processus dynamiques avec une résolution sub-moléculaire en fonction du type de matériaux. De cette façon, nous avons été capable de fabriquer pour la première fois un dynamer qui fonctionne sur une surface.

Supramolecular chemistry is one of the most important innovalions in inorganic, organic and bio-chemlstry in the last decades. Supramolecular chemistry relies on the use of non-covalent interactions to self-assemble, with a precision in the sub-nanometer scale, chemical entities forming malerials with pre-programmed chemical and physical propertles: thus supramolecular chemistry is key to nanoscience and nanotechnology. Supramolecular chemistry offers high control over the process of molecular self-assembly: due to its unique nature it combines reversibility, directionality, specificity and cooperativity. Supramolecular chemistry has been mastered so far in particular in solution, in 3D crystals and in 2D at surfaces under ultra-high vacuum environment. In 2D at the solid-liquid interface, an environment under which much wet chemistry can be performed, these concepts have not been fully exploited yet. In this thesis we proved that the combination of supramolecular chemistry at surfaces and interfaces and scanning probe microscopies can offer highest level of conlrol over the bottom-up nanofabricalion of functional malerials. The use of supramolecular approach made it possible to locate functional groups in the 2D with a high degree of precision, thus to nanopattern the surface at will. STM investigation at the solid-liquid interface enabled the exploration of these structures and dynamic processes will a sub-molecular resolution based on various materials type. In this way we were able to fabricate for the first time a dynamer operating on a surface.