Notre activité de recherche fondamentale dans le domaine des complexes moléculaires à propriétés réductrices et oxydantes est centrée sur l’interaction entre la chimie des métaux de transition et la chimie des hétéroéléments des groupes 13 à 15 comme le phosphore, l’azote et le bore. 

Nos travaux portent sur la conception, la synthèse et l’évaluation de complexes moléculaires photosensibles à propriétés réductrices et oxydantes. La modulation des propriétés redox et photophysiques des complexes photosensibles varie en fonction des propriétés électroniques des hétéroéléments, générant ainsi des complexes aux propriétés uniques. Ces complexes constituent des briques élémentaires pour la construction de matériaux hybrides à propriétés électrochimiques remarquables par association avec des matrices inorganiques telles que les nanoparticules métalliques ou les oxydes inorganiques de type aluminosilicates. Ces matériaux hybrides peuvent se comporter comme des réservoirs-distributeurs d’électrons que nous testons pour des transformations chimiques poly-électroniques comme par exemple la décomposition de l’eau. 

Toutes nos études sont menées en collaboration avec des chimistes théoriciens en vue de mieux appréhender les différents processus que nous observons expérimentalement.

Exemple 2 :

Nanoparticules et catalyse

Diversité de systèmes catalytiques et de réactions

Nos activités dans le domaine de la nanocatalyse intègrent les préoccupations de chimie verte et de développement durable. Elles visent à développer des systèmes catalytiques nanométriques innovants, précisément définis et présentant des propriétés catalytiques pertinentes en termes d’activité et de sélectivité, tout en offrant une stabilité adéquate pour permettre un recyclage avec maintien des performances. Les études catalytiques sont menées avec des espèces en solution ou sur support, en veillant à utiliser des conditions en température et pression aussi douces que possible. Comptent parmi nos objectifs le développement de catalyseurs pour des réactions d’hydrogénation, hydrogénolyse, déshydrogénation, hydroformylation, etc. Certains systèmes sont développés pour la valorisation de la biomasse (molécules modèles de la lignine, furfural, …) en molécules plateforme ou carburants de synthèse. Des collaborations avec des chimistes théoriciens permettent d’appréhender les mécanismes réactionnels.

Ces projets sont menés en collaboration avec :

• Toulouse : LPCNO (chimie théorique), CIRIMAT (XPS)
• Espagne : UAB (Autonomous University of Barcelona) ; Centro Mixto CSIC-Universidad de Sevilla ;
• Danemark : DTU Copenhagen (Technical University of Denmark)
• Singapour : NUS (National University of Singapore)

Nanoparticules et énergie

Vers de nouveaux catalyseurs nanométriques pour la production d’hydrogène par électrolyse/photolyse de l’eau, et les piles à combustible.

Ru-based nanoparticles in carbon nanotubes for electrocatalytic hydrogen evolution: structural and electronic effects, N. Romero, D. A. Fenoll, L. Gil, S. Campos, J. Creus, G. Martí, J. Heras-Domingo, V. Collière, C. A. Mesa, S. Giménez, L. Francàs, L. Rodríguez-Santiago, X. Solans-Monfort, M. Sodupe, R. Bofill, K. Philippot, J. García-Antón, X. Sala, Inorg. Chem. Front., 2023,10, 5885-5896 (doi.org/10.1039/D3QI00698K).

Pour les applications en photocatalyse,

nous développons des nanohybrides « combinant des nanoparticules et des complexes de type [Ru(bpy)₃]²⁺ capables de collecter l’énergie lumineuse pour activer la réaction. Ces complexes sont fonctionnalisés pour une interaction robuste avec les nanoparticules. »

Covalent grafting of ruthenium complexes on iron oxide nanoparticles: hybrid materials for photocatalytic water oxidation, Q. T. Nguyen, E. Rousset, V.T.H. Nguyen, V. Colliere, P. Lecante, W. Klysubun, K. Philippot, J. Esvan, M. Respaud, G. Lemercier, C. Amiens, P. D. Tran, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 4(45) 53829-53840. (doi.org/10.1021/acsami.1c15051).

Pour les piles à combustible,

les réactions visées sont l’électrooxydation du méthanol ou la réduction de l’oxygène.

Improved methanol electro-oxidation reaction on PdRh-PVP/C electrodes, G. Zacahua-Tlacuatl, E. Ramírez-Meneses, A. Manzo-Robledo, A.M. Torres-Huerta, I. Betancourt, K. Philippot, M. Ibrahim, M.A. Domínguez-Crespo, Int. J. Hydrogen Energy 2023, 48, 23, 8450-8464 (doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.11.169).

Ces projets sont menés en collaboration avec :

• Toulouse : LPCNO (chimie théorique)
• Montpellier : ICGM (électrolyse de l’eau et piles à combustible)
• Paris : SAFRAN (piles à combustible)
• Reims : Université de Reims (complexes du type [Ru(bpy)₃]²⁺ fonctionnalisés)
• Espagne : Universitat Autònoma de Barcelona (HER et OER par électrolyse et photocatalyse ; chimie théorique)
• Mexique : Université Iberoamericana (piles à combustible)
• Vietnam : University des Sciences et Technologies de Hanoi (OER par photocatalyse)

Notre activité de recherche fondamentale est centrée sur la chimie moléculaire des métaux de transition et la chimie des hétéroéléments des groupes 13 à 15 comme le phosphore, le bore et le silicium. Notre contribution pour la transition énergétique vise à tirer parti de notre expertise pour répondre aux défis actuels de développement des énergies renouvelables.

Nos travaux portent sur la conception, la synthèse et l’évaluation de complexes moléculaires en catalyse de l’hydrogénation et de la déshydrogénation. Sont ciblés le stockage et relargage de l’hydrogène via un vecteur liquide organique (acide formique, méthanol) pour un développement à l’échelle industrielle.

Exemple 2 :

Ces projets sont menés en collaboration avec :

• à Rennes : Cédric Fischmeister, Institut des Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226, Université de Rennes
• à Pau : Jean-Marc Sotiropoulos, Philippe Carbonnière, CNRS/Université de Pau & des Pays de l’Adour, Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l’Environnement et les Matériaux, UMR CNRS 5254

La valorisation du CO₂ en tant que synthon C1 est l’une des voies explorées pour contribuer à la diminution de ce gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les matériaux nanostructurés peuvent catalyser la transformation du CO₂ en molécules plateforme pour la chimie fine ou le stockage de l’hydrogène (acide formique), ou encore les carburants de synthèse. Notre activité vise le développement de nanocatalyseurs à base de métaux plus abondants que les métaux nobles de référence dans ce domaine, sous la forme de systèmes monométalliques ou bimétalliques, composites ou supportés.

Nanoparticules et santé

Cas des agents de contraste en imagerie médicale

Nos activités de recherche portent sur la conception, la synthèse et l’évaluation de nanoparticules hybrides en tant que plateformes d’imagerie mono ou bimodale, potentiellement vectorisables.

Exemples

• Faraday Discuss., 2014, 175, 97-111, doi.org/10.1039/C4FD00105B
• Molecules, special issue on Nanomaterials for Cancer Diagnosis and Therapy, 2019, 24(24), 4629, doi.org/10.3390/molecules24244629 ; New J. Chem., 2020, 44, 18031 – 18047, doi.org/10.1039/D0NJ04430J ; Bioconjugate Chem., 2022, 33(5), 881–891, doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.2c00116 ; Molecules, 2024, 29 (7), 1537/1-65, doi.org/10.3390/molecules29071537

D’après New J. Chem., 2020, 44, 18031 – 18047, doi.org/10.1039/D0NJ04430J