Synthèse dynamique en surface de polymères π-conjugués bidimensionnels

1. Résumé du projet

En tant qu’analogues organiques du graphène, les polymères conjugués 2D ont suscité un intérêt considérable ces dernières années. Ils ont été considérés comme un candidat très prometteur pour associer une bande interdite appropriée à une grande mobilité des porteurs. Une modification rationnelle des structures et des propriétés électroniques est également possible pour les polymères conjugués bidimensionnels (2D) grâce au choix approprié des briques élémentaires de fabrication. Une approche pour réaliser la synthèse de polymères conjugués consiste à confiner les réactions de polymérisation sur des surfaces monocristallines atomiques. Cependant, jusqu’à présent, presque tous les polymères monocouches 2D conjugués obtenus nécessitent des conditions d’ultravide (UHV) et souffrent de petites tailles de domaines et d’un grand nombre de défauts, ce qui limite considérablement leur application.

Pour améliorer l’ordre des polymères 2D, le concept de chimie covalente dynamique (DCC) peut être appliqué. La DCC permet de former des liaisons covalentes réversibles, pour atteindre l’état minimal thermodynamique. Il s’est avéré être une méthode efficace pour générer des cadres organiques covalents à couche unique de haute qualité. Cependant, les réactions actuellement développées pour la synthèse de sCOF, la réaction de Schiff et la condensation d’acide boronique, donnent lieu à des polymères avec une conjugaison limitée ou inexistante. Par conséquent, l’objectif des polymères 2D associant à la fois un ordre élevé et une conjugaison efficace n’est toujours pas atteint.

Nous proposons de produire une nouvelle famille de sCOF monocouches avec des liaisons oléfines (C=C) efficacement conjuguées par condensation aldol, en appliquant des stratégies développées pour la synthèse en solution de COF multicouches. Cela permettrait de fusionner deux domaines de recherche et d’exploiter les avantages de chacun: la polymérisation en surface produirait des matériaux 2D monocouches mais nécessiterait un environnement UHV et conduirait à des défauts, tandis que le DCC en solution minimiserait les défauts mais ne permets pas de former de polymères monocouches. La synthèse de polymères 2D conjugués sans défauts revêt non seulement un grand intérêt fondamental pour la chimie de surface et la physique de la matière condensée, mais elle est également très prometteuse pour les applications dans l’électronique organique, du photovoltaïque et des capteurs. Compte tenu des vastes applications du graphène, la synthèse ascendante de polymères conjugués 2D avec faible densité de défauts représenterait une nouvelle étape importante dans le domaine des matériaux électroniques 2D.