Interfaces, Traitements, Organisation et Dynamique des Systèmes
Présentation
Le laboratoire Interfaces Traitements Organisation et Dynamique des Systèmes – ITODYS, UMR7086 est une unité mixte de l'Université Paris Diderot et du CNRS (UMR 7086) rattaché à l'institut de chimie du CNRS et à ses sections 13 et 15 du comité national.
L’ITODYS rassemble 73 permanents (39 enseignants-chercheurs, 12 chercheurs CNRS et 22 BIATSS) et 40 doctorants et post-doctorants soit 113 personnes autour de 3 départements scientifiques, une équipe de modélisation moléculaire et des services communs.
Le laboratoire développe des activités de recherche autour de la chimie de surface, des interfaces, des nanomatériaux et nanosystèmes et de la chimie moléculaire pour les nanosciences. Le large spectre thématique explore différents aspects de la chimie-physique des molécules, nanosystèmes et nanomatériaux : Nanoélectrochimie, plasmonique moléculaire, biocapteurs électrochimiques, surfaces fonctionnalisées et nano-structurées, électronique organique, nanomatériaux et matériaux hybrides, assemblages supramoléculaires, modélisation moléculaire sont les thèmes les plus saillants.
Le laboratoire dispose d’un parc d'équipements pour la caractérisation des matériaux, des surfaces et nano-systèmes (MEB, AFM, XPS, diffractométrie X, Raman, IR, SECM, GC-MS, RMN..). Ces équipements sont complétés par une activité de nature théorique, qui bénéficie d'accès à des moyens de calcul à la fois internes et externes.
L'ITODYS est partenaire du Labex SEAM (Science and Engineering for Advanced Materials, http://www.labex-seam.fr) et plus particulièrement impliqué dans les axes : « Nano-matériaux inorganiques » (axe A2) et « Fonctionnalisation et nano-structuration des surfaces » (axe A3). Il est également associé au « laboratoire Interdisciplinaire des Energies de Demain – LIED (http://www.lied-pieri.univ-paris-diderot.fr/) et à son réseau international PIERI (Paris Interdisciplinary Energy Research Institute) L'ITODYS développe de très nombreuses collaborations nationales et internationales. Ces actions de recherche prennent place dans le cadre de projets ANR, de GDR (nationaux ou internationaux), de projets européens, de collaborations bilatérales avec de nombreux laboratoires académiques de différentes régions du monde ou au travers de thèses en co-tutelles. De nombreux travaux sont également effectués dans le cadre de contrats avec des organismes publics ou des partenaires industriels.
Le laboratoire a une politique d’animation forte et structurée autour : des Séminaires de Chimie Autour des Nanosciences - SCAN (contacts : Vincent Noël, vincent.noel@univ-paris-diderot.fr); des journées des doctorants (contact : Carole Connan, carole.connan@univ-paris-diderot.fr); d’une journée annuelle de présentation de l’instrumentation (contact : Philippe Decorse, philippe.decorse@univ-paris-diderot.fr); d’une journée destinée aux nouveaux entrants ; de sessions consacrées à l’Hygiène, sécurité et conditions de travail (contact
Thèmes de recherche
D1 « Surfaces, Nanostructuration et Réactivité »
(19 permanents, responsable Pr. B. Piro, piro@univ-paris-diderot.fr)
Le département D1 rassemble 4 équipes : Surfaces Bioactives et Capteurs – SBC (D1-1) ; Organisation Moléculaire Nano2D – OMNa2D (D1-2) ; Surfaces-Interfaces (D1-3) et Transfert d’Electron, Réactivité et Surfaces – TERS (D1-4). Les activités de recherche de ce département concernent le développement de nouvelles méthodes pour la fonctionnalisation de surface, la maîtrise de l’organisation des structures greffées ou adsorbées sur ces surfaces et l’élaboration de systèmes mettant à profit cette fonctionnalisation et structuration, capables de fournir une réponse macroscopique à un évènement de reconnaissance moléculaire tel que l’on peut l’observer dans les capteurs et biocapteurs. Une stratégie développée pour le contrôle nanométrique de l’organisation sur les surfaces consiste à profiter de l’auto-organisation supramoléculaire et par liaisons hydrogènes d’unités pi conjuguées. Le contrôle et l’étude de la réactivité chimique des interfaces sont également une préoccupation importante du département.
D2 « Nano-objets : Chimie, Physique et Applications »
(20 permanents, responsable Dr. J. Y. Piquemal, jean-yves.piquemal@univ-paris-diderot.fr)
Le département D2 rassemble les intérêts scientifiques de 3 équipes : Nanomatériaux (D2-1) ; Plasmonique Moléculaire et Spectroscopies Exaltées de Surface PMSES (D2-2) et Métaux, Chélateurs et Protéines (D2-3). Les recherches de ces équipes convergent vers la synthèse, la caractérisation et les applications de nanoparticules métalliques ou nano-hybrides organiques / inorganiques.
Les Nano-objets étudiés au sein de ce département sont principalement des nanoparticules métalliques ou nanohybrides organiques / inorganiques dont la forme et la taille (nano-fils, nano-bâtonnets, nano-pyramides, etc….) sont finement contrôlées par les différentes voies d’élaboration maîtrisées par les équipes participantes.
Ainsi, les trois équipes possèdent des expertises complémentaires sur différents aspects des nano-objets : synthèse par voie polyol ou biologique pour l’équipe Nanomatériaux ou maitrise de l’élaboration de nanostructures métalliques par lithographie électronique pour l’équipe PMSES. Les équipes D2-1, D2-2 et D2-3 développent des études fondamentales visant à comprendre i) les processus de croissance de ces nano-objets ii) leurs propriétés optiques ou d’activités SERS en relation avec leurs formes et leurs tailles iii) leurs interactions avec les systèmes biologiques ce qui comprend les études de toxicité ou les mécanismes cinétiques d’internalisation de nanoparticules dans des cellules.
D3 « Électronique Moléculaire, Transduction & Nanoélectrochimie »
(11 permanents, responsable Pr. J. C. Lacroix, lacroix@univ-paris-diderot.fr)
Deux équipes composent ce département scientifique : Transduction Moléculaire et Supramoléculaire – TMS (D3-1) et Nanoélectrochimie (D3-2). LE champ scientifique se positionne autour des propriétés électrochimiques et électroniques d’entités fonctionnelles moléculaires et de divers nanosystèmes, de leurs assemblages ou de leur adressage en vue d’applications relevant des Nanosciences et des Nanotechnologies pour l’Information et l’énergie. Les champs d’exploration se répartissent du moléculaire au supramoléculaire et du moléculaire aux nano-systèmes voire aux (nano)dispositifs. La question des interfaces est traitée au travers des problèmes génériques d’organisation et d’adressage. L’électrochimie et les transferts d’électrons, parfois photoinduits, occupent une place centrale dans le département D3, à la fois comme moyens d’analyse et de préparation d’une part mais aussi comme socle commun des objets d’études.
Modélisation moléculaire
(5 permanents, responsable Pr. F. Maurel, maurel@univ-paris-diderot.fr)
Les activités de l’équipe couvrent la description de systèmes moléculaires simples aux systèmes complexes comme les complexes protéines – ligands ou les processus aux surfaces. Ces thématiques font appel aux méthodes basées sur des champs de force à celles de la mécanique quantique (sous conditions périodiques ou non) ou aux méthodes hybrides QM/MM ou QM/QM’ qui peuvent être statiques ou dynamiques et qui permettent la modélisation de processus dans des milieux complexes. Les études théoriques étant menées au plus près des problématiques expérimentales, la politique suivie par l’équipe privilégie des collaborations durables et actives avec les expérimentateurs, dans les équipes du laboratoire, mais également à l’extérieur de celui-ci. Les activités de l’équipe sont organisées autour de trois thèmes principaux au carrefour de nombreuses problématiques expérimentales : La modélisation des biomolécules et des complexes ligands – biomolécules ; L’étude de la structure électronique, des propriétés spectroscopiques et de la réactivité de systèmes -conjugués photo- ou électro-actifs et l’étude des processus d’auto-organisation supramoléculaire sur surface.
[hal-03783910] Estimation of Activity Coefficients for Aqueous Organic Redox Flow Batteries: Theoretical Basis and Equations.
Date: 22 9 月 2022 - 16:02
Desc: The field of aqueous organic redox flow batteries (AORFBs) has been developing fast in recent years, and many chemistries are starting to emerge as serious contenders for grid-scale storage. The industrial development of these systems would greatly benefit from accurate physics-based models, allowing to optimize battery operation and design. Many authors in the field of flow battery modeling have brought evidence that the dilute solution hypothesis (the assumption that aqueous electrolytes behave ideally) does not hold for these systems and that calculating cell voltage or chemical potentials through concentrations rather than activities, while serviceable, may become insufficient when greater accuracy is required. This article aims to provide the theoretical basis for calculating activity coefficients of aqueous organic electrolytes used in AORFBs to provide tools to predict the concentrated behavior of aqueous electrolytes, thereby improving the accuracy of physics-based models for flow batteries.
[hal-02174618] ZnO Nanowires as a Promotor of High Photo-Induced Efficiency and Voltage Gain for Cathode Battery Recharging
Date: 26 11 月 2020 - 17:09
Desc: In recent years, intensive efforts have been focused on the conversion and storage of solar energy in a single device. In this work, we report the use of ZnO-based electrodes in the form of monolayer or nanowires as a light inducer for battery recharging. Two transition metal complexes of ruthenium(II) and iron(II) are grafted onto the ZnO-based electrode to tune the efficiency of the system. We explore the influence of both the ZnO morphology and nature of the transition metal complex on the light induced voltage and faradaic efficiency toward electrochemical storage. The resulting ZnO-based electrodes have all been found to be electrochemically photoactive and their functionalized ZnO nanowire counterpart has shown the best results. Once the ruthenium complex has been grafted, a high potential gain between dark and illumination conditions of 1.3 V is reached, which is associated with a modest faradaic efficiency of 50%. However, in the presence of the iron complex, a favorable potential gain of 700 mV is obtained and advantageously combined with a faradic efficiency of 100%. These results undoubtedly highlight the remarkable synergy between photoactive ZnO, especially in the form of nanowires, and a redox center allowing it to be applied for a photorechargeable battery device.
[hal-00181074] Msx1 and Dlx5 act independently in development of craniofacial skeleton, but converge on the regulation of Bmp signaling in palate formation.
Date: 23 10 月 2007 - 11:25
Desc: Msx and Dlx homeoproteins control the morphogenesis and organization of craniofacial skeletal structures, specifically those derived from the pharyngeal arches. In vitro Msx and Dlx proteins have opposing transcriptional properties and form heterodimeric complexes via their homeodomain with reciprocal functional repression. In this report we examine the skeletal phenotype of Msx1; Dlx5 double knock-out (DKO) mice in relationship with their expression territories during craniofacial development. Co-expression of Dlx5 and Msx1 is only observed in embryonic tissues in which these genes have independent functions, and thus direct protein interactions are unlikely to control morphogenesis of the cranium. The DKO craniofacial phenotypes indicate a complex interplay between these genes, acting independently (mandible and middle ear), synergistically (deposition of bone tissue) or converging on the same morphogenetic process (palate growth and closure). In the latter case, the absence of Dlx5 rescues in part the Msx1-dependent defects in palate growth and elevation. At the basis of this effect, our data implicate the Bmp (Bmp7, Bmp4)/Bmp antagonist (Follistatin) signal: in the Dlx5(-/-) palate changes in the expression level of Bmp7 and Follistatin counteract the reduced Bmp4 expression. These results highlight the importance of precise spatial and temporal regulation of the Bmp/Bmp antagonist system during palate closure.
[hal-04764588] Nucleation of nanodiamonds in H-atom rich microplasma
Date: 4 11 月 2024 - 10:16
Desc: <div><p>In this study, the formation and properties of carbon nanostructures obtained from a low-pressure-low temperature microplasma operated with H$_2$/CH$_4$ gas precursors were investigated. The study reveals gas phase nucleation of nanodiamonds among other phases of carbon such as graphite and amorphous carbon. Raman spectroscopy revealed that the signature of the nanostructures produced was insensitive to the nature of the substrate. The main conclusion of the paper is that nucleating of nanodiamonds is sustained by high densities of H-atoms at moderate gas temperatures and optimum concentrations of hydrocarbon radicals and molecules. High densities of hydrocarbons push the equilibrium towards sp$^2$ and amorphous nanostructures even under high H-atom densities.</p></div>
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