Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets

Institut National des Sciences Appliquées
135 avenue de Rangueil, 31077 TOULOUSE CEDEX 4 - FRANCE
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Présentation de l’équipe Modélisation Physique et Chimique

L’équipe veut, en s’appuyant sur des compétences bien établies, développer des axes de recherche en relation avec les expériences de synthèse de nano-objets et/ou leurs propriétés magnétiques et optiques. Elle s’appuie sur des développements méthodologiques originaux.

- Nouveaux pseudopotentiels atomiques intégrant les effets de polarisation et de corrélation du coeur atomique,
- Pseudopotentiels pour représenter les groupements chimiques,
- Le point fort de ces développements est la mise au point d’une méthode originale de dynamique moléculaire ab initio exprimée dans une base d’orbitales localisées, ce qui permet d’utiliser tous les développements de la chimie quantique ab initio . Ce projet a reçu le soutien d’une ACI jeunes chercheurs.


Les membres de l’équipe sont également des utilisateurs avertis de nombreuses méthodes de chimie quantique, comme : 1. Les méthodes DFT (Density Functional Theory) et TDDFT (Time-Dependent Density Functional Theory) qui sont à la fois utilisées de façon routinière pour des études de réactivité, des problèmes conformationnels, ou dans des domaines plus difficiles : spectroscopie de grands systèmes, calculs ab initio très précis sur des petits systèmes, etc. 2. Les méthodes ab initio standards, basées sur le calcul de la fonction d’onde.


Outre les aspects méthodologiques, l’activité actuelle du groupe peut se décliner en trois thèmes principaux :

- Réactivité des métaux d et f. Ce thème mené principalement avec l’équipe de O. Eisenstein (LSDMS, Montpellier) concerne l’étude théorique de mécanismes réactionnels en catalyse homogène impliquant des complexes métalliques : activation de liaisons C-F ou Si-F par des complexes de lanthanides ; recherche de procédés catalytiques de fonctionnalisation d’oléfines à base de métaux des groupes III et IV ; étude de réactivité de complexes d’actinides.

- Systèmes d’intérêt biologique. L’étude théorique de la RMN de systèmes stérols-membranes s’appuie sur une interaction très fructueuse entre biochimistes et chimistes théoriciens et permet d’établir un lien entre des paramètres expérimentaux et les interactions entre composés au sein d’une membrane cellulaire. A côté de ces travaux, nous menons une étude de type chimie prédictive pour proposer de nouveaux arrangements peptidiques de type polypeptides cycliques ou des polypeptides hélicoïdaux originaux par rapport à l’hélice a. Les applications potentielles de ces composés originaux sont nombreuses.

- Spectroscopie électronique. Notre activité dans ce domaine, toujours en collaboration avec des groupes expérimentaux, s’étend de l’étude de composés organiques en liaison avec le solvatochromisme, jusqu’à l’étude de la luminescence de complexes de lanthanides, en passant par la spectroscopie électronique de petites molécules.


A côte de ces thématiques sur lesquelles s’appuie notre expertise, nous sommes en train de développer une nouvelle orientation directement centrée sur le thème fédérateur du laboratoire :

L’étude théorique de nano-objets.

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Nanoparticule de Ruthénium couverte d’hydrures et stabilisée par des ligands NHC © LPCNO

- nanoparticules (NP) métalliques : effet des ligands sur leurs propriétés électroniques

- catalyse sur des surfaces

- auto-assemblage / auto-organisation

- systèmes polymétalliques

La chimie théorique a de longue date fourni des modèles pour décrire la structure électronique de complexes métalliques, c’est-à-dire faisant intervenir un seul atome métallique. Elle a aujourd’hui atteint un seuil de maturité qui permet de traiter de façon réaliste des problèmes de réactivité et de catalyse homogène. Comment cette interaction métal-ligand évolue-t-elle dès lors qu’on considère une NP métallique recouverte de ligands et non plus un complexe ? Quel est l’impact sur la réactivité de molécules en surface de la NP ? Du point de vue théorique, la difficulté de la tâche devient considérable, puisqu’elle est reliée à plusieurs niveaux de complexité : taille des systèmes, complexité des ligands, incertitude concernant la structure de la surface des nano objets, difficulté de traiter des systèmes métalliques possédant de nombreux électrons non appariés. Ces études pourront-elles à terme permettre des études théoriques de mécanismes réactionnels en catalyse hétérogène aussi routinières que ce que nous faisons en catalyse homogène ? C’est aussi l’enjeu de ce projet.