Projet ANR-10-BLAN-1009 – TRANCHANT : Etude expérimentale et théorique des TRANsferts d'énergie et de CHArge dans des complexes NanoTubes/chromophores.
Programme : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie :  Nanosciences (Blanc SIMI 10) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Christophe Voisin (CNRS - DR ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B)
Partenaires : Écologie Microbienne; Laboratoire Pierre Aigrain; Processus d'Activation Sélectif par Transfert d'Énergie Uni-Électronique ou Radiatif; Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire
Montant : 640000.0 euros
Date de début : 2010
Durée : 48 mois
Résumé : Dans le cadre des recherches sur les nouveaux matériaux photo-voltaïques, les nanotubes de carbone couplés à diverses molécules photo-sensibles, peuvent apporter des avancées importantes grâce à leurs propriétés de transport exceptionnelles et leur grand rapport d'aspect. Le projet TRANCHANT se propose d'étudier les mécanismes microscopiques clés que sont le transfert de charge et d'énergie entre un chromophore et un nanotube de carbone. Le projet inclus un axe de recherche sur la synthèse des meilleures couples donneur/accepteur, sur les différentes approches de greffage (covalente/ non covalente) et deux programmes de travail sur les phénomènes de transfert d'énergie d'une part et de transfert de charge d'autre part. Ces phénomènes seront abordés par une batteries de techniques opto-électroniques : spectroscopies d'absorption et de luminescence, spectro-électrochimie et spectroscopie d'absorption transitoire sub-picoseconde. Ces études expérimentales seront couplées à un travail de modélisation théorique et de simulation numérique du couplage supra-moléculaire. Cette modélisation permettra dans une seconde étape, de concevoir de nouveaux édifices moléculaires optimisés pour le transfert de charge ou d'énergie. 
Le greffage covalent est connu pour détériorer les propriétés intrinsèques des nanotubes (transport, optique) car il détruit partiellement la structure d'électrons pi délocalisés. Le greffage non covalent ne souffre pas de ce défaut, mais il conduit à des composés beaucoup moins stables. Nous élaborerons de nouvelles stratégies à partir de ces deux schémas de base : par exemple pour le greffage covalent, nous limiterons autant que possible le nombres de liaisons  vers la paroi du nanotube tout en gardant un grand nombre de chromophores en interaction avec le tube grâce à des molécules dendritiques ou hyperbranchées. Pour la stratégie non-covalente, nous pourrons par exemple renforcer l'interaction nanotube/chromophore par l'emploi de surfactants piégeant le complexe dans des structures micellaires.
Une des forces de ce projet pour pousser l'analyse des processus microscopiques au meilleur niveau réside dans l'utilisation d'échantillons fortement enrichis en une espèce chirale de nanotubes données. Les spectres optiques résultants seront considérablement simplifiés par rapport aux mélanges statistiques de nanotubes utilisés jusqu'ici et permettront d'obtenir de nouvelles informations sur les espèces transitoires résultant de la photo-excitation du complexe. Par ailleurs, des mesures spectro-électrochimiques sous illumination ou dans l'obscurité, sur les molécules et nanotubes isolés ou sur les complexes, permettront d'identifier toutes les espèces pertinentes du problème et de repérer leurs signatures dans les expériences résolues temporellement lors de la relaxation du complexe photo-excité.
Tout au long du projet, une analyse théorique sera menée en relation directe avec la partie expérimentale. Des calculs de structure électronique et de dynamique quantique seront menés en utilisant les données spectroscopiques obtenues. Bien qu'un nombre considérable d'études théoriques ait été menées sur les propriétés intrinsèques des nanotubes de carbone, l'étude détaillée des phénomènes de transfert de charge et d'énergie (et leur compétition) à des échelles de temps sub-picosecondes représente un challenge considérable. La nature délocalisée des états excitoniques, le rôle éventuel des effets d'échange (par recouvrement de fonction d'onde) et le rôle du désordre conformationnel conduisent à une situation radicalement différente de celle, par exemple du transfert Förster habituel.
Au total, TRANCHANT propose un ensemble cohérent d'axe de recherches : synthèse de composants, études spectroscopiques avancées et modélisation théorique, qui aboutira à une vision approfondie des transferts de charge et d'énergie et permettra la conception de nouveaux édifices moléculaires optimisés pour ces différentes applications.