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-01993084] How Well Are Clouds Simulated over Greenland in Climate Models? Consequences for the Surface Cloud Radiative Effect over the Ice Sheet
Date: 24 jan 2019 - 17:27
Desc: Using lidar and radiative flux observations from space and ground, and a lidar simulator, we evaluate clouds simulated by climate models over the Greenland ice sheet, including predicted cloud cover, cloud fraction profile, cloud opacity, and surface cloud radiative effects. The representation of clouds over Greenland is a central concern for the models because clouds impact ice sheet surface melt. We find that over Greenland, most of the models have insufficient cloud cover during summer. In addition, all models create too few nonopaque, liquid-containing clouds optically thin enough to let direct solar radiation reach the surface (−1% to −3.5% at the ground level). Some models create too few opaque clouds. In most climate models, the cloud properties biases identified over all Greenland also apply at Summit, Greenland, proving the value of the ground observatory in model evaluation. At Summit, climate models underestimate cloud radiative effect (CRE) at the surface, especially in summer. The primary driver of the summer CRE biases compared to observations is the underestimation of the cloud cover in summer (−46% to −21%), which leads to an underestimated longwave radiative warming effect (CRELW = −35.7 to −13.6 W m−2 compared to the ground observations) and an underestimated shortwave cooling effect (CRESW = +1.5 to +10.5 W m−2 compared to the ground observations). Overall, the simulated clouds do not radiatively warm the surface as much as observed.
[tel-01931367] Organized Organic Dye / Hole Transporting Materials for TiO2- and ZnO- based Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells (s-DSSCs).
Date: 22 nov 2018 - 17:05
Desc: Due to instability problems of dye sensitized solar cells (DSSCs) in longtime uses, the iodine based liquidelectrolyte has been replaced by several types of solid hole transporting materials (HTM) to perform solidstate DSSCs (s-DSSCs). Among them, the substitution by conducting polymers (CP) has attractedconsiderable attention because of their good stability, high hole-conductivity and simple deposition withinthe mesoporous TiO2 semiconductor. In this thesis work, several s-DSSCs based on CPs used as HTM havebeen developed in order to improve their photovoltaic performances taking into account the following twoobjectives: (i) the optimization of the interfacial charge transfer processes within the solar cell, and (ii) theoptimization of the charge transport within the n-type oxide semiconductor. To reach these goals, eachcomponent that constitutes the device was varied in order to investigate its effect on the device’sperformances. As first attempt, an analytical study is carried out by varying the sensitizer in order todetermine the fragments of the dyes structures, that have an important effect on the in-situ photoelectrochemical polymerization process (PEP) both in organic and in aqueous media and hence on theperformances of the s-DSSCs. Based on these results, a new concept of removing completely the interfacebetween the dye and the HTM is developed. This is achieved by the synthesis of new dyes covalently linkedto an electroactive monomer which is co-polymerized by in-situ PEP. The resulting co-polymer, used asHTM, is covalently linked to the dye. In addition, the nature of the chemical bond linking the triphenylamineresidue TPA to the monomer is also investigated as a key factor in the s-DSSCs performances. Besides, andto optimize the charge transport processes within this type of s-DSSC, the elaboration of novel ZnO baseds-DSSCs has been achieved and investigated.
[tel-01937003] Elaboration d'auto-assemblages supramoléculaires de Donneurs et Accepteurs d'électrons sur Au(111) et leur étude par microscopie à Effet Tunnel couplée à une excitation laser.
Date: 27 nov 2018 - 18:57
Desc: Nous présentons l'auto-assemblage 2D de molécules Donneuses (D) et Acceptrices (A) d'électrons sur Au(111), ainsi que leur étude par un dispositif de Microscopie à Effet Tunnel couplé à une excitation lumineuse (LA-STM). Dans un premier temps, des systèmes 2D supramoléculaires robustes (liaisons hydrogène) D et/ou A ont été élaborés par un procédé en solution. Des liaisons hydrogène sont mises en évidence sur un assemblage d'un dérivé de porphyrine (D) pouvant en établir plusieurs, montrant le lien entre les liaisons établies et la géométrie obtenue. D'autre part, un réseau poreux "hôte" à base de molécules de PTCDI (A) et de mélamine est utilisé pour diriger la croissance de molécules "invitées" à l'intérieur des pores. Des systèmes hôte-invités sont alors élaborés en utilisant soit un dérivé thiolé de porphyrine (D), soit un polyoxométalate (POM). Une étude infrarouge de surface (PM-IRRAS) montre en plus que le réseau a une influence différente sur le processus d'organisation des deux molécules.Dans un deuxième temps, la mise en place d'un dispositif de LA-STM est décrite, avec une étude réalisée sur une bicouche moléculaire D/A constituée d'un polymère (PTB7) et d'un dérivé de fullerène (PC71BM). Premièrement, les effets photo-physiques, non spécifiques aux molécules et inhérents à la technique, ont été étudiés. Cela a permis de mesurer le courant à potentiels opposés DI=I(V+)-I(V-), attribué aux transferts de charge aux jonctions D/A. La localisation de ce courant permet d'identifier les jonctions D/A actives en surface avec une résolution nanométrique.
[tel-02466421] Modélisation multi-échelle de biomatériaux pour des problématiques expérimentales
Date: 4 fév 2020 - 14:27
Desc: La confection de dispositifs impliquant des biomolécules, notamment dans le cadre de la détection (biocapteurs) ou de la protection contre des pathogènes (revêtements antimicrobiens), compte toujours un grand nombre d’interrogations notamment à l’échelle atomique. Dans ce contexte, nous avons utilisé les outils de la modélisation moléculaire afin de réaliser des études multi-échelles (à la fois en quantique et en mécanique moléculaire) pour étudier des systèmes (expérimentaux) impliquant des biomolécules et solutionner des problématiques. L’étude a été menée au sein de deux projets. Dans le cadre du premier d’entre eux, nous nous sommes tout d’abord intéressé à l’optimisation d’un biocapteur impliquant un transistor à effet de champ de type EGOFET, en nous concentrant plus particulièrement sur le canal semi-conducteur du transistor. Dans un second temps, nous avons réalisé une étude autour de l’interaction biologique et spécifique du biocapteur. Dans le cadre du second projet, nous nous sommes intéressés à un revêtement antimicrobien. Celui-ci s’appuie sur le greffage d’un peptide comportant une séquence d’accroche, une séquence antimicrobienne ainsi qu’un site clivable par une enzyme spécifique au pathogène que l’on souhaite traiter. En présence de ce dernier uniquement, le peptide antimicrobien est ainsi libéré dans le milieu. Bien que ce système fonctionne parfaitement en solution, ses propriétés bactéricides sont perdues lorsqu’il est greffé sur une surface, une étape indispensable pour une utilisation dans le domaine biomédicale. Nous avons ainsi étudié ce système grâce à la modélisation moléculaire afin de comprendre la perte de ces propriétés.
[tel-02464796] Multifunctional materials based on task-specific ionic liquids : from fundamental to next generation of hybrid electrochemical devices and artifical skin
Date: 3 fév 2020 - 14:58
Desc: Increasing demand of energy requires massive investment for exploration and utilization of renewable energy sources in the energy balance. However, due to the intermittence of the current renewable sources, the generated electricity must be stored under other forms to correlate the fleeting production and the continuous consumption. Despite available commercialized systems, seeking for new materials and new approaches for resolving this problem is still matter of interest for scientific researches. Highlighted advancements have recently oriented the community towards the utilization of nanoscale materials for efficient energy storage and conversion. Although the advantages given by existing nanomaterials for diverse applications, especially in the energy field, their performance is still lower than theoretical purposes. Consequently, tailoring the physical-chemical properties at the molecular scale becomes crucial not only for boosting the activities of the existed materials but also for creating a new type of molecular entities for storing and releasing the energy. Accordingly, this PhD work aim to develop new family of materials based on ionic liquid that exhibits a multifunctionality towards energy applications. Our work is based on the knowhow in surface functionalization and material preparation by simple methods to build up electrochemical systems that can be utilized in various applications. Thus, this thesis will report different results obtained by following this direction and is composed of six chapters: Chapter 1 reports an overview of ionic liquid and polymeric ionic liquid. We propose to review the available literature on the redox-IL from solution to immobilized substrates. Through this chapter, we will achieve the following points: (1) Report the possible uses of ionic liquids in electrochemistry; (2) Discuss about the physical-chemical behaviors of these compounds in solution, (3) Show the immobilization of (Redox-active)–ionic liquids onto different substrates: from thin layer to polymer and (4) Highlight recent advances using polymeric ionic liquids for diverse applications. Chapter 2 will be devoted to different electrochemical assisted approaches for the immobilization of (redox)-ionic liquids to the electrode surface. We will focus on generating a thin layer and polymeric film based ionic liquid. Furthermore, the different characteristics of the new interfaces will be reported. Chapter 3 concentrates on the use of the polymer ionic liquid modified electrodes as emerging catalyst and as template for the generation of hybrid materials towards activation of small molecules. Chapter 4 studies the reactivity at micro/nanometer scale of diverse materials, including single layer graphene, polymeric redox – ionic liquid, using the scanning electrochemical microscopy (SECM). Chapter 5 reports the potential applications of redox ionic liquid and focus on providing the preliminary results towards the fabrication of flexible substrates with interesting functionalities: possibility to convert the friction to electricity and energy storage by using polymeric redox ionic liquids. These studies open a new opportunity to elaborate flexible, wearable and implantable devices. Finally, some concluding remarks are given to summarize different results obtained in the previous chapters. Besides, different perspectives will be given by using ionic liquid as main material for developing different energy storage and conversion systems.
Autres contacts
U.F.R. Chimie
Bâtiment Lavoisier
15, rue Jean de Baïf
75013 PARIS
