Synthesis and characterisation of organic-inorganic hybrid materials based on pi-conjuguated oligo-/polymers and semiconductor nanocrystals

Autor: Querner, Claudia
Přispěvatelé: Structures et propriétés d'architectures moléculaire (SPRAM - UMR 5819), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph-Fourier - Grenoble I, Adam Pron
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2005
Předmět:
Zdroj: Autre. Université Joseph-Fourier-Grenoble I, 2005. Français
Popis: This work is devoted to the synthesis of organic-inorganic hybrid materials obtained by controlled grafting of thiophene- or aniline-based conjugated oligo- and polymers on the surface of CdSe nanocrystals.The interaction between both components is assured by a carbodithioate anchor function present in the organic molecules having a high affinity for the nancrystals' surface. There are two ways to perform the grafting: either by exchange of the nanocrystals' surface ligands with pi-conjugated molecules carrying the anchor function, or by the post-functionalisation of nanocrystals capped with bi-functional ligands containing the anchor group as well as a reactive group, such as an aldehyde (e.g. 4-formyldithiobenzoate). The latter case constitutes a rather general method and can be applied for a wide range of oligomers or polymers containing amine groups. It provides also the possibility to co-deposit a mixture of aldehyde-capped nanocrystals and the amine-oligomer or polymer of interest and to perform the coupling reaction in the solid phase by a subsequent annealing step. Both organic ligands and inorganic nanocrystals retain their electrochemical activity upon the grafting reaction. Spectroelectrochemical studies allow monitoring the processes induced by potential changes, such as the doping of the conjugated capping molecules, which occurs via the same mechanisms as in the non-grafted molecules. The relative position of the energy levels of the conjugated ligands and the nanocrystals should allow a charge transfer upon photo-excitation, which leads to an efficient quenching of the photoluminescence of both constituents of the hybrid. Time-resolved photoluminescence measurements, on the picosecond level, show a clear correlation between the conjugation length of the ligands and the transfer efficiency. In the case of aniline tetramer as the capping ligand no photoluminescence at all is detectable indicating charge transfer on a timescale shorter than mesurable. Also in the case of thiophene-dithiobenzoate the transfer occurs very rapidly. Preliminary measurements of photoconductivity show promising results in terms of photocurrent.Therefore, the developed strategy for the grafting of polyconjugated molecules on the surface of semiconductor nanocrystals opens up the way to a new class of hybrid materials with a high potential for applications in optoelectronic devices, such as solar cells.; Ce travail de thèse porte sur la synthèse de matériaux hybrides organiques-inorganiques obtenus par greffage contrôlé d'oligomères ou de polymères pi-conjugués, à base de thiophène ou d'aniline, sur la surface de nanocristaux de semi-conducteurs II-VI, et plus précisément sur du CdSe. La réaction de greffage est assurée par une fonction d'ancrage, de type carbodithioate, présente sur les ligands et ayant une grande affinité pour la surface des nanocristaux. On distingue deux méthodes de greffage : une voie directe par simple échange de ligands et une voie indirecte comprenant une étape de post-fonctionnalisation de nanocristaux enrobés par des ligands bi-fonctionnels, en l'occurrence par le 4-formyldithiobenzoate. Cette dernière méthode est très générale et permet en outre de co-déposer un mélange nanocristaux / oligomère et d'effectuer la réaction de couplage en phase solide en chauffant.De manière générale, les propriétés électrochimiques des nanocristaux et des ligands greffés sont principalement conservées et les études spectroélectrochimiques démontrent que le mécanisme de dopage des ligands conjugués greffés reste inchangé en présence du nanocristal. La position des niveaux énergétiques des ligands, par exemple du tétramère d'aniline, par rapport au nanocristal est telle qu'une séparation des charges est possible après une excitation, ce qui est confirmé par la diminution forte de la photoluminescence. Des études de photoluminescence résolue dans le temps montrent une corrélation directe entre la longueur de conjugaison des ligands et l'efficacité du transfert. Dans le cas du tétramère d'aniline, plus aucun signal n'est mesurable. Mais le transfert de charges dans le cas du thiophènedithiobenzoate est également très efficace. Les premières mesures de photocourant sont également prometteuses. Les matériaux développés, qui peuvent être préparés de manière contrôlée et variée, possèdent un potentiel d'application dans les cellules photovoltaïques.
Databáze: OpenAIRE
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