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-02507862] Experimental study of the autoxidation of n-dodecane and 1,2,4-trimethylbenzene
Date: 13 Mar 2020 - 15:42
Desc: During its course in the fuel system, the fuel is subjected to thermal stress, leading to the formation of solid deposits in the fuel system and injectors, and thus causing clogging phenomena and a malfunction of these devices. The notion of thermal stability, which in some cases is illustrated by the formation of solid deposits in jet fuel, is related to the chemical composition and the presence of oxygen naturally dissolved in fuel. However, the understanding of oxidative fuel degradation is based on little known autoxidation mechanisms. Experimentally, the investigation of the oxidation sensitivity of jet fuel is carried out using the PetroOXY device, thanks to model molecules of linear alkane and monoaromatic type, n-dodecane (n-C 12) and 1,2,4-Trimethylbenzene (1,2,4-TMB), respectively. First, the model molecules are studied pure in order to highlight their behavior under thermo-oxidative stresses. Secondly, these molecules were mixed in proportion 80 % n-dodecane /20 % 1,2,4-TMB, in order to model a fuel surrogate. Beyond a color change (colorless to yellow), the results revealed that the induction period is significantly lower for the pure molecules whereas for the mixture, the induction time is doubled. Moreover, the appearance of a gel, probably a precursor of solid deposits is observed, showing clearly the interactions between the molecules. The mechanisms involved during this process were determined using several analytical characterization techniques (GC, GC/MS) allowing us to identify the products of oxidation formed but also the quantification of them using chemical techniques (Peroxide Value, Total Acid Number, water content).
[hal-01136822] Effect of Nontronite Smectite Clay on the Chemical Evolution of Several Organic Molecules under Simulated Martian Surface Ultraviolet Radiation Conditions
Date: 28 Mar 2015 - 20:53
Desc: Most of the phyllosilicates detected at the surface of Mars today are probably remnants of ancient environments that sustained long-term bodies of liquid water at the surface or subsurface and were possibly favorable for the emergence of life. Consequently, phyllosilicates have become the main mineral target in the search for organics on Mars. But are phyllosilicates efficient at preserving organic molecules under current environmental conditions at the surface of Mars? We monitored the qualitative and quantitative evolutions of glycine, urea, and adenine in interaction with the Fe3+-smectite clay nontronite, one of the most abundant phyllosilicates present at the surface of Mars, under simulated martian surface ultraviolet light (190–400 nm), mean temperature (218±2 K), and pressure (6±1 mbar) in a laboratory simulation setup. We tested organic-rich samples that were representative of the evaporation of a small, warm pond of liquid water containing a high concentration of organics. For each molecule, we observed how the nontronite influences its quantum efficiency of photodecomposition and the nature of its solid evolution products. The results reveal a pronounced photoprotective effect of nontronite on the evolution of glycine and adenine; their efficiencies of photodecomposition were reduced by a factor of 5 when mixed at a concentration of 2.6×10−2 mol of molecules per gram of nontronite. Moreover, when the amount of nontronite in the sample of glycine was increased by a factor of 2, the gain of photoprotection was multiplied by a factor of 5. This indicates that the photoprotection provided by the nontronite is not a purely mechanical shielding effect but is also due to stabilizing interactions. No new evolution product was firmly identified, but the results obtained with urea suggest a particular reactivity in the presence of nontronite, leading to an increase of its dissociation rate
[hal-00921149] Giant Barkhausen jumps in exchange biased bulk nanocomposites sinterd fom core-shell Fe3O4-CoO nanoparticles
Date: 19 Dec 2013 - 18:42
Desc: The magnetic behavior of spark plasma sintered Fe3O4-CoO nanoparticles is studied. The samples sintered at 500°C exhibit density over 90% and average magnetite grain size about 100 nm. When the nanocomposite is field cooled below the Néel temperature (TN=291 K for CoO), hysteresis loops shows the expected shift with an exchange field of 80 mT at 100 K that drops down to zero approaching TN. The coercivity at 100 K reaches 0.4 T, ten times larger than nanostructured magnetite prepared in the same conditions. When the sample is zero field cooled down to 90 K, the hysteresis loops exhibits giant Barkhausen jumps, an anomalous feature never observed before to our knowledge. The density of jumps gradually decrease on heating and disappear between 150 and 170 K. The stochastic character of the jumps is visible in the plot of the differential permeability. This new phenomenon is thought that it could be related to self-field cooling.
[hal-01679367] A surface acoustic wave sensor functionalized with a polypyrrole molecularly imprinted polymer for selective dopamine detection
Date: 9 Jan 2018 - 18:41
Desc: [...]
[hal-04451215] On the limits of Reactive-Spark-Plasma Sintering to prepare magnetically enhanced nanostructured ceramics: the case of the CoFe2O4-NiO system
Date: 18 Mar 2024 - 15:34
Desc: Magnetic materials are crucial for the efficiency of the conversion-storage-transport-reconversion energy chain, and the enhancement of their performance has an important impact on technological development. The present work explores the possibility of preparing hetero-nano-structured ceramics based on magnetic oxides, by coupling a ferrimagnetic phase (F) with an antiferromagnetic one (AF) on the nanometric scale. The field-assisted sintering technique or SPS (Spark-Plasma Sintering), adopted at this purpose, ensures the preservation of nano-sized crystals within the final solid structure. The aim is to establish how exchange bias may affect the resulting nano-consolidates and to investigate the potential of this process to increase the total magnetic anisotropy of the CoFe 2 O 4 grains, and thus their coercive field, while keeping the saturation magnetization the same. The structure, microstructure and magnetic properties of the ceramics obtained were studied by several techniques. The results show that the sintering process, along with its typical reductive atmosphere, modifies the composition of the constituents. A new metallic phase appears as a consequence of the reciprocal diffusion of Co and Ni cations, leading to a change in the amount and structure of the AF phase. We propose a schematic representation of the atomic movements that hinder an exchange bias effect between the F and AF phases.
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Bâtiment Lavoisier
15, rue Jean de Baïf
75013 PARIS