Matériaux hybrides luminescents à base de complexes de lanthanides. Application à l'éclairage

Luminescent hybrid materials containing lanthanide complexes. Lighting application

• Auteur / Autrice : Isis N'dala-Louika
• Direction : Olivier Maury, Chloé Thieuleux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (Lyon ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de codirection nationale : Ecole supérieure de chimie physique électronique de Lyon
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Daniele
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Maury, Chloé Thieuleux, Stéphane Daniele, Narcis Avarvari, Kevin Bernot, Hélène Brault
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Narcis Avarvari, Kevin Bernot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Brillant

Éclairage

Matériaux hybrides

Luminescence

Mots clés libres

Lanthanides

Luminescence

Matériaux hybrides

Eclairage

Brillance

Phosphores de lanthanides

Lanthanides

Luminescence

Hybrid materials

Lighting

Brightness

Lanthanide phosphores

Résumé

Les phosphores de lanthanides sont reconnus, depuis les années 1900, pour leurs propriétés émissives exceptionnelles. Cependant, les oxydes de lanthanides qu’ils contiennent présentent des désavantages conséquents : une faible capacité d’absorption de photons, une brillance limitée, un recyclage fastidieux… Mais, ces inconvénients peuvent être surmontés en remplaçant les oxydes de lanthanides par des complexes de coordination. Leurs propriétés optiques peuvent être modulées, grâce à l’effet d’antenne des ligands organiques, pour le développement d’applications pour l’éclairage. Ce projet a pour but d’élaborer un nouveau type de matériaux luminescents, à base de complexes de lanthanides adsorbés dans des matrices de silice, qui seraient à la fois recyclables et plus brillants que les phosphores actuels. La présente thèse décrit l’élaboration de tels matériaux hybrides luminescents. L’étude de complexes de tris-dipicolinate de lanthanides, en vue de leur imprégnation dans des silices, est ici détaillée. L’influence des vibrateurs O-H de la seconde sphère de coordination des complexes de lanthanide est démontrée. Afin d’améliorer la luminescence, nos recherches concernant l’élimination de ces vibrateurs, dans la structure cristalline ainsi que dans la matrice de silice, sont décrites. La synthèse et l’optimisation de complexes de lanthanides « sans vibrateurs », et des matériaux hybrides qui en découlent, sont détaillées, ainsi que l’étude de leurs propriétés photo-physiques. L’amélioration de la luminescence dans les matériaux, par rapport aux complexes de lanthanides, est démontrée et discutée. Finalement, deux complexes d’europium brillants ont été synthétisés, conduisant à l’obtention de matériaux luminescents compatibles avec le développement d’un dispositif d’éclairage moderne.

Lanthanide phosphors are well known since the 1900’s for their unique emission properties. However, their lanthanide oxide components have some annoying drawbacks: low photon absorption, limited brightness, difficult recycling… Yet, all those drawbacks may be overcome by using, instead of oxides, lanthanides coordination complexes. Their optical properties can be tailored for lighting applications thanks to the organic antenna effect. This project aims to elaborate a new type of luminescent materials, based on lanthanide complexes adsorbed in silica matrices. These materials are expected to be, in the meantime, recyclable and brighter than the current ones. This thesis describes the elaboration of such hybrid luminescent materials. The study of tris-dipicolinate based lanthanide complexes, for impregnation within silica matrices, is detailed. The influence of O-H oscillators in the second coordination sphere of these europium complexes is demonstrated. To enhance the luminescence, researches about elimination of those oscillators in the crystal lattice and in the silica matrices are described. Synthesis and optimization of “oscillator-free” lanthanide complexes and related luminescent materials are described, followed by their photo-physical properties. The luminescence enhancement of the hybrid materials, compared to sole lanthanide complexes, is demonstrated and discussed. In the end, two bright europium complexes were designed and lead to corresponding bright luminescent materials, suitable for an application in modern lighting devices.