Vers de nouvelles approches pour la description des propriétés des états excités et de la réactivité : une approche basée sur la densité

Towards new theoretical approaches for the description of excited state properties and reactivity : a density based approach

• Auteur / Autrice : Anna Perfetto
• Direction : Ilaria Ciofini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Physique
• Date : Soutenance le 22/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institute of Chemistry for Life and Health Sciences (i-CLeHS) (2017-....) - Institute of Chemistry for Life and Health Sciences (i-CLeHS) (2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Alexis Markovits

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de charge

Chimie des états excités

Photochimie

Mots clés libres

Photochimie

Transfert de charge

Index de la densité

Théorie de la fonctionnelle de la densité

États excités

Photochemistry

Charge Transfer

Density based index

Density functional theory

Excited states

Résumé

L'interaction lumière-matière est la force motrice à l’origine de nombreux phénomènes et technologies allant de la photosynthèse artificielle à l'électronique moléculaire. Après absorption lumineuse, la matière peut émettre un rayonnement causé par une série de phénomènes, affectant les propriétés électroniques et structurelles de l'objet irradié. La compréhension de ces processus au niveau moléculaire nécessite de caractériser les états excités et permet la prédiction du comportement photophysique de nouveaux systèmes moléculaires. En fait, le but de mon travail théorique est de développer et appliquer des outils théoriques permettant la description détaillée des surfaces d'énergie potentielle des états excités non exclusivement dans la région de Frank-Condon. À cette fin, des méthodes quantiques basées sur la théorie fonctionnelle de la densité dépendante du temps, en combinaison avec des descripteurs basés sur la densité électronique, sont utilisées. Le but final est l'interprétation du comportement photophysique des systèmes et la rationalisation des caractéristiques structurelles et électroniques des états excités donnant lieu à des voies de décroissance radiatives et non. Cela permet la conception in silico de nouveaux composés permettant de résoudre des problèmes importants, notamment l'emploi de matériaux durables et la crise énergétique mondiale.

Light-matter interaction is the driving force behind many phenomena and technologies ranging from artificial photosynthesis to molecular electronics. Upon light absorption, matter can emit radiation as a cause of a series of phenomena, affecting the electronic and structural properties of the irradiated object. Understanding these processes at the molecular level requires the characterization of excited states, thus allowing the prediction of the photophysical behavior of new molecular systems. Indeed, the purpose of my theoretical work is to develop and apply theoretical tools for the detailed description of the potential energy surfaces of excited states not exclusively in the Frank-Condon area. To this end, quantum methods based on time-dependent density functional theory (TD-DFT), in combination with descriptors based on the electronic density are used. The ultimate goal is the interpretation of the photophysical behavior of systems and the rationalization of the structural and electronic characteristics of excited states giving rise to radiative and non-radiative decay pathways. This allows the in silico design of new compounds to solve important problems, including the use of sustainable materials and the global energy crisis.