Propriétés thermométriques d’une famille de MOFs mixtes Tb³⁺/Eu³⁺ construits à partir de l’acide pyromellitique

Thermometric properties of a family of mixed Tb³⁺/Eu³⁺ MOFs constructed from pyromellitic acid

• Auteur / Autrice : Thibault Amiaud
• Direction : Rémi Dessapt, Hélène Brault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 05/10/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Florent Boucher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Jubera
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Chanéac, Olivier Maury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Europium

Terbium

Thermomètres

Matériaux hybrides

Mots clés libres

Metal-Organic Frameworks

Acide pyromellitique

Metal-Organic Frameworks

Pyromellitic acid

Résumé

Les Metal-Organic Frameworks (MOFs) à base d’europium et de terbium sont récemment apparus comme une génération prometteuse de thermomètres luminescents sans contact, capables de contourner les limitations des thermomètres conventionnels, nécessitant un contact direct avec la cible. La mesure de la température est alors basée sur la dépendance en température du rapport d’intensité d’émission de deux transitions électroniques bien distinctes, à savoir les transitions 5D4→7F5 et 5D0 → 7F2 des ions Tb³⁺ et Eu³⁺, respectivement. Cependant, la course effrénée pour le développement de nouveaux thermomètres MOFs ne garantit pas la découverte de matériaux très performants (≈ 7 % des matériaux avec Sm > 8 % K-1) car les paramètres clés gouvernant leurs performances thermométriques ne sont toujours pas identifiés. En effet, aucune relation structure-propriété pertinente n'a été mise en évidence jusqu'à présent car tous les matériaux exploités présentent des ligands, des structures et des compositions chimiques différentes. C'est pourquoi, en plus de l'intense activité internationale de synthèse exploratoire, des efforts importants doivent être concentrés sur l'établissement de corrélations directes entre les caractéristiques structurales de ces matériaux (composition chimique et structure) et leurs performances en tant que thermomètres luminescents, afin de pouvoir prédire le potentiel de tout nouveau MOF mixte Tb³⁺/Eu³⁺, conçu pour cette application. Dans ce contexte, cette thèse vise à identifier les paramètres clés (topologie, composition) régissant les propriétés thermométriques des MOFs mixte Tb³⁺/Eu³⁺, dans le but d’établir une corrélation structure-propriété grâce à une famille de matériaux construits à partir du même ligand, à savoir l’acide pyromellitique.

Metal-Organic Frameworks (MOFs) based on europium and terbium have recently emerged as a promising generation of luminescent, and therefore non-contact, thermometers that do not possess the drawbacks of conventional thermometers requiring direct contact with the target. The temperature measurement is then based on the temperature dependence of the emission intensity ratio of two distinct electronic transitions, namely the 5D4 → 7F5 and 5D0 → 7F2 transitions of Tb³⁺ and Eu³⁺ ions, respectively. However, the unrestrained race for the development of new MOFs thermometers does not guarantee the discovery of high-performance materials (≈ 7 % of the materials with Sm > 8 % K-1) because the key parameters governing their thermometric performance are still not identified. Indeed, no relevant structure-property relationship has been highlighted so far because all the exploited materials present different ligands, structures and chemical compositions.Therefore, in addition to the intense international synthesis activity, important efforts must be focused on establishing direct correlations between the structural characteristics of these materials (chemical composition and structure) and their performance as luminescent thermometers, in order to be able to predict the potential of any new mixed Tb³⁺/Eu³⁺ MOFs designed for this application. In this context, this thesis aims at identifying the key parameters (topology, composition) governing the thermometric properties of mixed Tb³⁺/Eu³⁺ MOFs, with the ultimate goal of establishing a structureproperty correlation using a family of materials built from the same ligand, namely pyromellitic acid.