Combiner les Quantum Dots avec des NHC comme ligands délocalisant l'exciton pour exalter leur activité photocatalytique

Combining Quantum Dots with NHCs as exciton delocalizing ligands to enhance their photocatalytic activity

• Auteur / Autrice : Claire Marchand
• Direction : Vincent Maurel, Jean-Marie Mouesca
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie inorganique et Bio inorganique
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes Moléculaires et Nano Matériaux pour l'Énergie et la Santé

Mots clés

Mots clés libres

Quantum Dots

Carbènes

Photocatalyse

Redox

Quantum Dots

Carbenes

Photocatalysis

Redox

Résumé

Les Quantum Dots (QDs) sont des candidats prometteurs en photocatalyse grâce à leur forte absorption de la lumière visible, à leurs potentiels redox ajustables et à leur faible photoblanchiment. Depuis 2015, la complexité et la variété des réactions photocatalysées par des QDs ont fortement augmenté, comme l'illustrent les résultats récents de notre laboratoire. Une limitation importante de l'usage de réactions photocatalytsée par les QDs est le processus de recombinaison des charges dans les QDs photoexcités. Cela conduit à de faibles rendements quantiques pour la réaction et implique des durées d'irradiation de plusieurs heures pour faire la réaction. Ce projet de thèse, dans le cadre du projet ANR QDotNHC, vise à améliorer l'efficacité photocatalytiques des QDs en favorisant la séparation des charges photoinduites dans les QDs et leur extraction en leur attachant des ligands carbènes N-heterocycliques jouant le rôle de ligands delocalisant l'exciton (EDL). Des ligands NHC fonctionnalisés seront utilisés pour accéder à deux nouveaux types de nano-objets QD-NHC présentant une extraction et/ou une séparation de charges efficace(s) : 1/ des QDs fonctionnalisés par des NHC redox actifs agissant comme canaux pour extraire les charges photoinduites, 2/ des diades de QDs connectées par des ligands bis-NHC Janus. Le projet de thèse visera d'abord la synthèse de ces nous nano-objets, puis l'ajustement de leur propriétés électroniques pour optimiser la délocalisation de l'exciton et la séparation de charges. Enfin ces nano-objets seront testés pour améliorer des réactions photocatalysées par les QDs et leur efficacité sur de nouvelles réactivités sera explorée.

Quantum Dots (QDs) have emerged as promising candidates for applications in photocatalysis thanks to their intense absorption in the visible range, associated with tunable redox potentials and low photobleaching. Since 2015, the complexity and variety of reported QDs photocatalyzed reactions have been increasing rapidly (e.g. C-C and C-N bond formations) as exemplified by our recent studies. A major limitation to the use of such QDs photocatalyzed reactions in the industry is the unwished process of recombination of charges in photoexcited QDs, which leads to low quantum yields for the reaction, so that its completion requires hours of visible light irradiation. This PhD project, in the framework of the QDotNHC ANR project, aims at improving the photocatalytic efficiency of QDs through an enhanced photoinduced charge separation and extraction from the QDs, by grafting N-heterocyclic carbenes (NHCs) working as efficient exciton delocalizing ligands (EDL). Functionalized NHC ligands will be used in order to access two new types of QD-NHC nano-objects with efficient charge extraction and/or separation, namely: 1/ QDs functionnalized by redox-active NHC ligands as channels for extracting photogenerated charges, 2/ Dyads of QDs connected by Janus bis-NHC ligands. The PhD thesis will target first the synthesis of these new nano-objects, then the tuning of their electronic properties in order to optimize the exciton delocalization and the charges separation. At last they will be tested for improving well-established QDs redox photocatalytic reactions and their efficiency for new reactivities will be explored.