Abstract: ABC triblock copolymers self-organize into a wide variety of supramolecular structures in the bulk. However, their associative behavior in selective solvents has scarcely been studied. Within the search for new stimuli-responsive supramolecular architectures, our attention focused on a pH-responsive polystyrene-b-poly(2-vinylpyridine)-b-poly(ethylene oxide) (PS-b-P2VP-b-PEO) triblock copolymer. In addition to the synthesis of monodisperse spherical core-shell-corona (CSC) micelles, the reversibility and the cooperativity of the response to pH variations were studied, morphological transitions were induced and multi-responsive micellar gels were prepared. The micellization mechanism, the structure, the responsiveness and the internal organization of these new nanomaterials were investigated using a combination of transmission electronic microscopy, atomic force microscopy, light scattering, small-angle neutron and X-ray scattering, nuclear magnetic resonance and rheology. Finally, efforts were geared towards potential applications. The ability of PS-b-P2VP-b-PEO CSC micelles to encapsulate and release hydrophobic species was probed and gold nanoparticles were successfully synthesized within the P2VP layer of spherical and cylindrical micelles, which acted as nanoreactors./Résumé : Les copolymères triséquencés ABC sauto-organisent et forment une large gamme de structures supramoléculaires en phase solide. Cependant, peu détudes portent sur leur comportement associatif induit par des solvants sélectifs. Dans le cadre de la recherche de nouvelles architectures supramoléculaires sensibles aux stimuli externes, nous avons entrepris létude dun copolymère triséquencé sensible au pH : polystyrène-b-poly(2-vinylpyridine)-b-poly(oxyde déthylène). Outre la synthèse de micelles sphériques de type CSC, le caractère réversible et coopératif de la réponse au pH a été étudié, ainsi que linduction de transitions morphologiques et la préparation de gels micellaires sensibles à la température et au pH. Le mécanisme de micellisation, les paramètres structuraux, la sensibilité aux stimuli ainsi que lorganisation interne de ces nouveaux nanomatériaux ont été étudiés par une combinaison de microscopies électronique à transmission et à force atomique, diffusion lumineuse, diffusion de neutrons et rayons X aux petits angles, résonance magnétique nucléaire et rhéologie. Enfin, des applications ont été envisagées : la capacité des micelles CSC à encapsuler et libérer des composés hydrophobes a été testée et des nanoparticules dor ont été synthétisées avec succès au sein de ces nanoréacteurs, cest-à-dire dans la couche de P2VP des micelles sphériques et cylindriques.

La spintronique moléculaire et la photocatalyse sont deux domaines en constante évolution. Le premier s'attache à exploiter la possibilité de coupler deux phénomènes physiques, à savoir le transport d'un flux de porteurs de charges et le spin de l'électron, tandis que le second se concentre sur l'exaltation des propriétés chimiques de transfert d'électrons d'une espèce donnée grâce au phénomène physique d'irradiation lumineuse. Depuis quelques années, les nanotubes de carbone ont suscité un grand intérêt à la fois en tant que composant pour la spintronique moléculaire, en raison de leur grande cohérence de spin, et en tant que support idéal pour la catalyse moléculaire, grâce à leurs exceptionnelles propriétés électroniques de surface. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes attachés à concevoir des complexes inorganiques possédant des propriétés physiques, (magnétiques ou optiques) et des propriétés chimiques (permettant leur assemblage non-covalent sur des nanotubes de carbone monoparoi) de manière à former des adduits complexes inorganiques-nanotubes aux propriétés exploitables en spintronique moléculaire et en photocatalyse. Les propriétés des complexes synthétisés ont été extensivement caractérisées (Chapitre 2), et les plus prometteurs de ces composés ont été assemblés avec succès sur les nanotubes de carbone (Chapitre 3), comme en attestent les mesures spectroscopiques réalisées. Enfin, les deux domaines d'applications concernés par nos travaux faisant intervenir des phénomènes de transport électronique, des études spécifiques sur des dispositifs électriques de type transistor à effet de champ dont le canal de conduction est constitué de nanotubes de carbone ont été réalisées (Chapitre 4). Celles-ci mettent à chaque fois en évidence l'existence d'une communication électronique entre les complexes inorganique et les nanotubes de carbone sur lesquels ils sont assemblés au sein des dispositifs. Bien qu'au final un couplage entre les propriétés magnétiques des complexes synthétisés et les propriétés de transport des nanotubes n'ait pas pu être mis en évidence, de nombreux phénomènes inattendus et extrêmement intéressants tels que des effets ambipolaires, des transferts de charge ou des ruptures de liaisons ont été observés. Par contre, un fort couplage opto-électronique a pu être obtenu entre un complexe et le flux de porteurs de charge des dispositifs, ce qui s'avère être de très bon augure pour des futures applications en photocatalyse.

Depuis les années quatre-vingt, la construction d’édifices supramoléculaires à base de complexes de coordination suscite un intérêt considérable dans la recherche de nouveaux nanomatériaux fonctionnels. L’utilisation de complexes métalliques permet non seulement l’obtention d’une multitude de supramolécules de géométrie et de dimensionnalité très variées, mais également l’introduction de processus remarquables au sein des entités nanométriques, comme par exemple le transfert d’énergie lumineuse, le transport d’électrons et la séparation photo-induite de charges. La recherche menée au cours de cette thèse s’est plus particulièrement focalisée sur l’étude de deux types d’édifices supramoléculaires polymétalliques de dimensions différentes, l’un tridimensionnel, construit au départ d’ions ruthénium (II), l’autre unidimensionnel, obtenu à partir d’ions cuivre (II) ou cuivre (I).<p><p>Plus précisément, la première partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d’un complexe hexanucléaire symétrique de Ru(II), à base de ligands pontants PHEHAT et TPAC, afin de développer de nouvelles antennes collectrices d’énergie lumineuse. Dans ce cadre, nos travaux se sont principalement concentrés sur la synthèse ainsi que sur l’étude électrochimique et photophysique de deux nouveaux composés précurseurs trinucléaires, le cis-{[(phen)2Ru(PHEHAT)]2Ru(CH3CN)2}6+ et le {[(phen)2Ru(PHEHAT)]2Ru(TPAC)}6+, pouvant également servir de bloc de construction pour l’élaboration d’entités de tailles encore plus importantes. Une analyse par spectrométrie de masse du produit obtenu par chélation de l’entité bis-CH3CN sur le composé trinucléaire à base de TPAC ne nous a pas permis de prouver la présence de l’entité hexanucléaire. La nature du composé identifié semble toutefois confirmer la formation de l’espèce souhaitée à un moment ou un autre. <p><p>La seconde partie de notre travail a consisté à tester le TPAC ainsi que deux ligands dérivés du dipyrrométhène (m-DipyH et m-dpDipyH) comme agents pontants pour la construction de nouveaux complexes polynucléaires cuivrés unidimensionnels. D’une part, nous nous sommes penchés sur la synthèse des sous-unités monométalliques [Cu(II)(Dipy)2]0, [Cu(II)(dpDipy)2]0 et [Cu(I)(dpDipy)2]-. L’ensemble des études réalisées sur les deux composés mononucléaires de Cu(II) a permis la mise en évidence de propriétés extrêmement différentes de celles des complexes de Cu(II) polypyridiniques, tant du point de vue structural, qu’électrochimique et photophysique. Par ailleurs, les analyses consacrées à la caractérisation du [Cu(I)(dpDipy)2]- ont révélé de manière surprenante un comportement instable pour cette entité, à l’inverse des complexes de Cu(I) à base de phénanthrolines « encombrées ». Le recours à des calculs théoriques nous a permis de proposer une hypothèse pouvant expliquer cette différence de comportement. D’autre part, bien que des incertitudes subsistent toujours quant à la possibilité de former des entités polynucléaires à base de Cu(II) et de TPAC, les résultats obtenus par spectrométrie de masse ont clairement prouvé l’obtention d’espèces de Cu(II) de très haute nucléarité au départ du m-DipyH. Les ligands pontants dérivés du dipyrrométhène se révèlent donc être de très bons candidats pour l’élaboration d’entités unidimensionnelles de Cu(II). Celles-ci pourraient susciter un grand intérêt dans le cadre d’une application impliquant l’utilisation de la lumière, en raison des propriétés d’absorption et de luminescence intéressantes détectées pour les sous-unités monométalliques de Cu(II). <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La spintronique moléculaire et la photocatalyse sont deux domaines en constante évolution. Le premier s’attache à exploiter la possibilité de coupler deux phénomènes physiques, à savoir le transport d’un flux de porteurs de charges et le spin de l’électron, tandis que le second se concentre sur l’exaltation des propriétés chimiques de transfert d’électrons d’une espèce donnée grâce au phénomène physique d’irradiation lumineuse. Depuis quelques années, les nanotubes de carbone ont suscité un grand intérêt à la fois en tant que composant pour la spintronique moléculaire, en raison de leur grande cohérence de spin, et en tant que support idéal pour la catalyse moléculaire, grâce à leurs exceptionnelles propriétés électroniques de surface. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes attachés à concevoir des complexes inorganiques possédant des propriétés physiques, (magnétiques ou optiques) et des propriétés chimiques (permettant leur assemblage non-covalent sur des nanotubes de carbone monoparoi) de manière à former des adduits complexes inorganiques-nanotubes aux propriétés exploitables en spintronique moléculaire et en photocatalyse. Les propriétés des complexes synthétisés ont été extensivement caractérisées (Chapitre 2), et les plus prometteurs de ces composés ont été assemblés avec succès sur les nanotubes de carbone (Chapitre 3), comme en attestent les mesures spectroscopiques réalisées. Enfin, les deux domaines d’applications concernés par nos travaux faisant intervenir des phénomènes de transport électronique, des études spécifiques sur des dispositifs électriques de type transistor à effet de champ dont le canal de conduction est constitué de nanotubes de carbone ont été réalisées (Chapitre 4). Celles-ci mettent à chaque fois en évidence l’existence d’une communication électronique entre les complexes inorganique et les nanotubes de carbone sur lesquels ils sont assemblés au sein des dispositifs. Bien qu’au final un couplage entre les propriétés magnétiques des complexes synthétisés et les propriétés de transport des nanotubes n’ait pas pu être mis en évidence, de nombreux phénomènes inattendus et extrêmement intéressants tels que des effets ambipolaires, des transferts de charge ou des ruptures de liaisons ont été observés. Par contre, un fort couplage opto-électronique a pu être obtenu entre un complexe et le flux de porteurs de charge des dispositifs, ce qui s’avère être de très bon augure pour des futures applications en photocatalyse. / Molecular spintronic and photocatalysis are two fields in constant evolution. While the first deals with the coupling of two physical properties, the flux of charge carriers and the spin of the electron, the second is focusing on the enhancement of the electron transfer of chemical species under light irradiation. Recently, there has been an increasing interest in carbon nanotubes as new components for molecular spintronics, since they possess high spin coherence, and as ideal materials for molecular catalysis, for their tremendous electronic surface properties. Our work consisted in conceiving inorganic complexes with both physical (magnetic or optic) and chemical (ability of realizing non covalent assembly on single-walled carbon nanotubes) properties, in order to create new nanotube-complex nanohybrids which could be exploited for molecular spintronics or photocatalysis applications. The properties of the synthesized complexes were extensively characterized (Chapter 2), and the most promising molecules were successfully assembled onto carbon nanotubes, as is proven by the spectroscopic measurement which were performed (Chapter 3). Finally, since both domains of applications we considered involve electronic transportation, specific studies were realized on field effect transistor devices with carbon nanotubes as the conduction channel (Chapter 4). They evidence strong electronic communications between the inorganic complexes and the carbon nanotubes onto which they are assembled in the devices. Even if in the end no coupling was observed between the magnetic properties of the inorganic complexes and the transport ones of the carbon nanotubes, numerous unexpected and very interesting phenomena such as ambipolar behavior, charge transfer effect or bond cleavage were evidenced. As for the optoelectronic coupling which was investigated for photocatalytic applications, a first step was made as the transport of the carbon nanotube field effect transistor devices onto which a complex was assembled shows a strong dependence with the applied light irradiation.