Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets

Institut National des Sciences Appliquées
135 avenue de Rangueil, 31077 TOULOUSE CEDEX 4 - FRANCE
Tél : 00 33 05 61 55 96 45 | Fax : (+33) (0)5 61 55 96 97

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Présentation de l’équipe Nanostructures et Chimie Organométallique

Les activités de l’équipe s’articulent autour de la synthèse, la caractérisation et l’exploitation des propriétés de nanoparticules et de leurs assemblées. Les méthodes de synthèse que nous développons (en solution et dans des conditions douces) permettent l’élaboration de nano-objets complexes inorganiques, hybrides et/ou multifonctionnels. Nous nous intéressons en particulier à la maitrise de la croissance, de la composition et de la chimie de surface afin de contrôler les propriétés chimiques (catalyse) et physiques (magnétisme, optique, électronique) de ces nanoparticules. Ces recherches fondamentales s’accompagnent de développements appliqués importants dans des domaines variés (oncologie, microélectronique, énergie et catalyse) et contribuent à répondre aux enjeux scientifiques et sociétaux majeurs actuels comme la lutte contre le cancer, le développement de matériaux plus respectueux de l’environnement, la conversion du CO2 ou le stockage de l’énergie.

Faits marquants
— Blocage de Coulomb dans les assemblées de Pt Nous avons montré que l’utilisation de nanoparticules ultra-petites permettait l’observation de blocage de Coulomb à température ambiante et donc de moduler le transport de charge dans des assemblées de nanoparticules par leur taille, leur distance et la constante diélectrique des ligands utilisés. Cette approche est une première étape vers la compréhension de mécanismes mis en jeu en électronique moléculaire. (Collaboration avec les équipes Nanomag et MPC)

— Activation C-H Nous avons mis en évidence d’une part l’activité catalytique de NPs pour l’échange H/D chemo- et énantiosélectif sur des molécules d’intérêt biologiques et des biomolécules (acides aminés, peptides, acides nucléiques, oligonucléotides…) et d’autre part, l’implication d’un mécanisme original d’activation impliquant deux centres ruthénium adjacents. (Collaboration avec l’équipe MPC)

—  Croissance et propriétés catalytiques Une méthode de croissance de nanobâtonnets de Co sur supports cristallographiquement orientés, développée pour l’enregistrement magnétique, a été appliquée pour faire croitre des nanofils de Co directement sur mousses métalliques de Cu et Ni. Les très bonnes performances de ces catalyseurs monolithiques dans la réaction Fischer-Tropsch permettent d’envisager la croissance directe de nanofils à l’intérieur des canaux métalliques de microréacteurs pour des systèmes embarqués. (Collaboration avec le LCC et le IFP-EN)

— Chimie de surface et des interfaces dans les nanocristaux semi-conducteurs d’InP : croissance et propriétés optiques. Par une description détaillée des interfaces cœurs/ligands et cœur/coquille par IR, XPS et RMN, nous sommes parvenus à identifier la présence et le rôle de l’oxyde de surface des QDs sur les propriétés optiques. Un travail sur les précurseurs a ensuite permis de développer des synthèses sans oxydation ouvrant la voie à un contrôle sur une gamme de tailles sans précédent. (Collaboration avec l’équipe Opto.)

— Micro-aimants intégrés : Un nouveau procédé de fabrication d’aimants submillimétriques a été mis au point grâce à une collaboration étroite entre le LPCNO et le LAAS. En jouant sur l’assemblage dirigé de nanobatonnets de cobalt par magnétophorèse sur un substrat préalablement structuré par des techniques d’électrochimie, il a été possible d’obtenir des aimants individuels et des réseaux d’aimants submillimétriques à aimantation planaire ou perpendiculaire. Ces aimants sont très performants, ils ont permis l’actionnement d’un dispositif MEMS résonnant. Ce travail a conduit au dépôt d’un brevet et à l’obtention de deux projets (ANR, prématuration région).

— Nanofils d’or : La structure atomique de nanofils d’or ultrafins (dm <2 nm) synthétisés par réduction du complexe HAuCl4/oleylamine dans l’hexane a été étudiée par diffraction des rayons X de haute énergie (HE-XRD) in situ dans le milieu de croissance. L’analyse de la fonction de distribution de paires (PDF) menée en collaboration avec V. Petkov (Central Michigan University) a montré que les fils ne cristallisent pas dans la structure cfc attendue pour l’or mais qu’ils adoptent une structure du type tetrahedrally close packed (tcp) analogue aux phases dites de Frank-Kasper (F- K) avec un modèle structural proche de la phase α-Mn (ACS Nano 2018). Nous avons proposé que la formation d’un tel arrangement atomique est la résultat d’un compromis entre la recherche d’une compacité atomique maximale et le confinement du métal dans un cylindre dont le rayon est environ six fois le rayon atomique de l’or.

Collaborations

Toulouse
— CEMES, UPR 8011,
Group "Interférométrie, In situ et Instrumentation pour la Microscopie Electronique"
Group "Nano-Optique et Nanomatériaux pour l’Optique" —CIRIMAT, CNRS-UPS UMR 5085,
Group "Revêtements et Traitements de Surface" Group "Physiques des Polymères"
— IMRCP, CNRS-UPS, UMR 5623,
Group "Interfaces Dynamiques et Assemblages Stimulables"
— LAAS-CNRS, UPR 8001
Group "Microsystèmes électromécaniques"
— LCC-CNRS UPR 8241
Group "Matériaux moléculaires commutables" Group "Métaux en biologie et chimie médicinale" Group "Catalyse et Chimie Fine"
— LGC, UMR 5503,
Department "Génie des Interfaces et Milieux Divisés"
— LHFA – UMR 5069,
Group "Chimie Organique et Inorganique des Hétéroéléments"
— LNCMI-CNRS UPR 3228,
Group "Nano-objets et nano-structures semiconductrices"
France
— CEA Grenoble
— Centre RAPSODEE – Ecole des Mines d’Albi, CNRS, UMR 5302
— GREMAN, Groupe de Recherche en Matériaux, Microélectronique, Acoustique et Nanotechnologies, Université de Tours
— IFP Energies Nouvelles, Catalysis and Separation Division, Rueil-Malmaison
— Institut Néel, équipe Micro et Nanomagnétisme, Grenoble
— IPREM-ECP, Université de Pau, CNRS UMR 5254
— IPCM, Université Pierre et Marie Curie Paris, UMR 8232
— IPCMS – Université de Strasbourg
Département Surfaces et Interfaces,
Département de Chimie et des Matériaux Inorganiques
— ISCR, Université de Rennes, UMR 6226
— ITODYS, Université Paris Diderot, UMR CNRS 7086
— Laboratoire Léon Brillouin, CEA/CNRS UMR 12, Centre d’Etudes de Saclay
— Laboratoire de Physique des Solides, UMR 8502, Université Paris Sud
— Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, Institut Galilée, UPR CNRS 9001, Université Paris 13
— Laboratoire de Chimie, ENS Lyon
— Laboratoire PROMES, CNRS UPR8521
— LCPO, Université de Bordeaux, UMR 5629
— LIPN, Université Paris 13, UMR 7030
— Matériaux Interface Électrochimie, LEPMI, Grenoble
— ST Microelectronics, Tours
International
— R. Arenal, University of Zaragoza, IUI of Nanoscience of Aragon, Spain
— S. Bals, Electron Microscopy for Materials Science, University of Antwerp, Belgium
— A. Ben Ali, L. Ben Tahar, Faculté des Sciences de Bizerte, Tunisia
— H. Garcia, Technical University of Valencia, Institute of Chemical Technology, Valencia, Spain
— M. Grünwald, University of Utah, USA
— O. Gutfleisch, Institut für Materialwissenschaft, TU Darmstadt, Germany
— T. Gutmann / Technische Universität Darmstadt, Germany
— Z. Hens, Department of Inorganic and Physical Chemistry, Ghent University, Belgium
— Z. Jihua, Lanzhou University, China
— V. Y. Lee, University of Tsukuba, Japan
— A. Lopez-Ortega, University of Castilla-La Mancha, Ciudad Real, Spain
— C. Magen, Université de Zaragoza
— J. Miller, Chemical Sciences and Engineering Division, Argonne
— National Laboratory, Illinois, and School of Chemical Engineering, Purdue University, Indiana, USA
— M. Monge, Departamento de Química, Universidad de La Rioja, Spain
— I. Panagiotopoulos, University of Ioannina, Greece
— W. Parak, Philipps-University of Marburg, Germany and Biofunctional Nanomaterials Unit at CIC biomaGUNE, San Sebastian, Spain
— V. Petkov, Central Michigan University, Department of Physics, USA Ramos-Ortiz, Photonics Department of the Centro de Investigaciones en Óptica, León, Mexico
— M. Scheer, Institut für Anorganische Chemie, University of Regensburg, Germany
— J. Schotter, Molecular Diagnostics Center for Health & Bioresources, Austrian Institute of Technology Gmb, Vienna Austria
— G. Shafeev, General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
— R. D. Tilley, University of New South Wales, Sydney, Australie
— M. Vazquez, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC, Espagne
— J. Watkins, University of Massachussetts, Amherst, USA