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-01399221] Can betaine pyridinium derivatives be used to control the photoejection of cation ?
Date: 18 nov 2016 - 14:45
Desc: Using a combination of advanced DFT/TDDFT calculations together with ultrafast and stationary spectroscopies we have investigated the photochemistry and cationic complexation ability of 1-pyridinio-benzimidazolate (PyB) and analogs substituted by 15-aza-5-crown (PyB-Aza) or dimethyl-amino groups (PyB-DiMe). Focusing on PyB-Aza, the first aim was to assess the competitive complexation of the imidazole bridge vs. the macrocycle. In acetonitrile, it was found by absorption and emission that the imidazole moiety binds efficiently through lateral electrostatic interaction of high charge density cations and especially Ca<sup>2+</sup> to form a 1:1, metal:ligand (M:L) complex. Modulation of the complexation toward para substitution of the phenyl ring with a donor group is reported with values ranging from logK = 3.4 to 6.8. Complexation values are properly predicted by DFT calculations. From a photochemical point of view, for the same series, the trend is parallel to the rate of the photo-release process, found to be less than 200 femtosecond (fs), the fastest photorelease characteristic time reported so far. Unlike photoinduced charge transfer molecules linked with an aza-crown group, the mechanism appears simpler with no participation of loose complexes due to the macrocavity effect. Relaxation mechanisms after cation ejection are discussed as well. Finally, even if any photoinduced translocation of cation is reported for the PyB-Aza molecule between two complexation sites, a discussion about the use of betaine pyridinium as a molecular tool for the smart manipulation of cation systems is initiated.
[hal-01323936] Study of Ni exchangeable pool speciation in ultramafic and mining environments with isotopic exchange kinetic data and models.
Date: 31 mai 2016 - 15:01
Desc: Soils and ore samples influenced by mining and metallurgical activity were collected in ultramafic soils (UM) complexes of Barro Alto and Niquelândia, in order to determine the contribution of each Ni bearing phases to the total exchangeable pool of Ni, and to point out if this pool was affected by anthropic activities. For this purpose, the IEK-model previously developed by the group (Zelano et al., submitted) was applied, on the basis of IEK experiments performed on pure typical Ni scavengers (serpentines, chlorite, smectite and iron oxydes) from ultramafic systems. For each typical scavenger, this model describes the percentage of Ni associated to exchangeable pool(s) as well as their corresponding kinetic constant(s) of exchange. The mineralogical composition of soil and ore samples and Ni solid speciation were first determined, and the IEK-model was applied on these bases. In almost all samples, an important contribution of serpentine to Ni exchangeable pool was highlighted, ranging between 10% and 45%. The important amount of organic matter (OM) in one of the studied soil samples, allowed to extrapolate generic OM ENi and k parameters, which were introduced in the IEK-model to improve its predictive capability. Obtained results provided evidences of how even a small content (3 wt%) of organic carbon (OC), can represent an important contribution of OM to the total ENi pool (60%). In the investigated ore samples, up to the 60% of ENi was attribute to smectite, responsible for fast ENi pool kinetic evolution. In addition, the model highlighted the role of the Fine Black Ash (FBA), by-products of the pyrometallurgical activity, detected into a soil sample, that is responsible for the 15% of ENi. This approach allowed to determine, for the first time, the relative contribution of each Ni bearing phase to the total exchangeable pool, in terms of concentration and kinetics.
[hal-00523275] Protein-functionalized hairy diamond nanoparticles
Date: 4 oct 2010 - 17:28
Desc: Diazonium salt chemistry and atom transfer radical polymerization (ATRP) were combined in view of preparing new bioactive hairy diamond nanoparticles containing, or potentially containing, nitrogen-vacancy (NV) fluorescent centers (fluorescent nanodiamonds, or fNDs). fNDs were modified by ATRP initiators using the electroless reduction of the diazonium salt BF4−,+N2−C6H4−CH(CH3)−Br. The strongly bound aryl groups −C6H4−CH(CH3)−Br efficiently initiated the ATRP of tert-butyl methacrylate (tBMA) at the surface of the nanodiamonds, which resulted in obtaining ND-PtBMA hybrids. The grafted chain thickness, estimated from X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), was found to increase linearly with respect to time before reaching a plateau value of ca. 2 nm. These nanoobjects were further hydrolyzed into ND-PMAA (where PMAA is the poly(methacrylic acid) graft) and further decorated by bovine serum albumin through the 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide/N-hydroxysuccinimide (EDC/NHS) coupling procedure.
[hal-01563817] Novel approach for metallic surface-initiated atom transfer radical polymerization using electrografted initiators based on aryl diazonium salts
Date: 18 juil 2017 - 11:34
Desc: This paper reports on the preparation of poly(methyl methacrylate) (PMMA), poly(n-butyl acrylate) (PBA), and polystyrene (PS) brushes at the surface of conducting materials that were modified by the electrochemical reduction of a brominated aryl diazonium salt BF4-, +N 2-C6H4-CH(CH3)-Br (D1). The grafted organic species -C6H4CH(CH3)-Br was found to be very effective in initiating atom transfer radical polymerization (ATRP) of vinyl monomers. This novel approach combining diazonium salts and ATRP allowed PMMA, PBA, and PS brushes to be grown from the surface of iron electrodes. The polymer films were characterized in terms of their chemical structure by infrared reflection absorption spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Atomic force microscopy studies indicated that the polymer brushes are densely packed. Contact angle measurements of water drops on PS and PMMA brushes were 88.1 ± 2.0 and 70.3 ± 2.1°, respectively, which is consistent with the published wettability data for the corresponding polymer sheets. © 2005 American Chemical Society ́Paris 7.
[hal-01318197] Tunable Electromagnetic Coupling in Plasmonic Nanostructures Mediated by Thermoresponsive Polymer Brushes
Date: 19 mai 2016 - 13:47
Desc: A smart and highly SERS-active plasmonic platform was designed by coupling regular arrays of nanotriangles to colloidal gold nanorods via a thermoresponsive polymer spacer (poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM). The substrates were prepared by combining a top-down and a bottom-up approach based on nanosphere lithography, surface-initiated controlled radical polymerization, and colloidal assembly. This multistep strategy provided regular hexagonal arrays of nanotriangles functionalized by polymer brushes and colloidal gold nanorods, confined exclusively on the nanotriangle surface. Interestingly, one could finely tune the gold nanorod impregnation on the polymer-coated nanostructures by adjusting the polymer layer thickness, leading to highly coupled plasmonic systems for intense SERS signal. Moreover, the thermoresponsive properties of the PNIPAM brushes could be wisely handled in order to monitor the SERS activity of the nanostructures coupled via this polymer spacer. The coupled hybrid plasmonic nanostructures designed in this work are therefore very promising smart platforms for the sensitive detection of analytes by SERS.
Autres contacts
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Bâtiment Lavoisier
15, rue Jean de Baïf
75013 PARIS