Les membres de l’axe
Les thématiques de recherche
Magnétisme et Commutation Moléculaire
Participants : T. Mallah, F. Lambert, N. Bridonneau, E. Rivière, A. Tissot, N. Villette (doctorant), I. Tlemsani (post‑doctorant).
Anciens membres : I. Tlemsani (thèse soutenue en 2024), K. Magra (post‑doctorant), I. Suzana (post‑doctorant).
Au cours de la dernière décennie, les molécules magnétiques sont apparues comme des plateformes prometteuses pour les bits quantiques (qubits) destinés au traitement de l’information quantique. Leur attrait réside dans la possibilité de les concevoir et de les ajuster afin d’héberger plusieurs qubits élémentaires pouvant être intriqués. Cependant, l’obtention de temps de mémoire de phase longs et l’exploitation complète des avantages des systèmes moléculaires nécessitent de surmonter plusieurs défis:
- les atomes d’hydrogène des molécules environnantes forment un « bain de spins » fluctuant ;
- les modes vibrationnels de basse énergie peuvent se coupler aux états de spin électroniques ;
- les interactions dipolaires magnétiques entre centres paramagnétiques peuvent décaler les niveaux d’énergie des qubits, entraînant une décohérence par différents mécanismes.
Notre groupe se concentre sur la résolution de ces problématiques à travers :
- la conception de complexes contenant des métaux de transition et des lanthanides présentant des transitions d’horloge ajustables et protégées des fluctuations magnétiques ;
- le développement de complexes présentant un fort couplage spin–champ électrique permettant un adressage local des qubits ;
- la création de complexes binucléaires servant de qubits intriqués pour la mise en œuvre de portes quantiques modèles ;
- l’évaluation des spins nucléaires comme qubits potentiels.
Illustration of the clock transition at zero field with a longer phase memory time
Chemical tuning of the spin-electric coupling in Mn(II) spin qubits
Projets en cours :
- Switchable Molecular Magnets for Quantum Information – SMolMaGIQ (ANR, https://anr.fr/Project-ANR-20-CE29-0010), coordinateur : T. Mallah
- Spin Manipulation in Molecules for Quantum Information – MolQif (PEPR Quantique, https://www.pepr-quantique.fr/projet/molqif/), coordinateur : T. Mallah
- TOpological Spin ChAins by ESR‑STM – TOSCA (ANR, https://anr.fr/Project-ANR-22-CE30-0037), porteur : T. Mallah
Publications sélectionnées :
- M. Rubin‑Osanz et al., Chem. Sci., 2021, 12, 5123‑5133.
- I. Tlemsani et al., J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 4685‑4688.
- M. Vaganov et al., Nat. Chem., 2025, 17, 1903‑1909.
Collaborations :
N. Suaud, N. Guihéry, H. Bolvin (théorie, calculs basés sur les fonctions d’onde, LCPQ, Toulouse, France)
S. Mishra (théorie, calculs des temps de relaxation spin‑réseau, IIT Kharagpur, Inde)
S. Gambarelli (RPE pulsée, CEA SyMMES, Grenoble, France)
A.‑L. Barra (HF‑HFEPR, LNCMI, Grenoble, France)
A. Ardavan (RPE sous champ électrique, Oxford, Royaume‑Uni)
S. Hill, M. Ozerov (RPE et spectroscopie THz, MAGLAB, États‑Unis)
F. Luis (RPE sur puce, INMA, Espagne)
H. Aubin (STM‑RPE, C2N, Univ. Paris‑Saclay, France)
P. Bertet (RPE sur puce, SPEC, Univ. Paris‑Saclay, France)
G. Aromí, V. Novikov (magnétisme et RPE pulsée, Université de Barcelone, Espagne)
G. Nocton (lanthanides, LCM, École Polytechnique, France)
Participants : N. Bridonneau, F. Lambert, T. Mallah, E. Rivière, M.‑A. Arrio, S. Delaporte (doctorante), M. Donnart (post‑doctorant).
Anciens membres : A. Colin (thèse soutenue en 2024), Y. Wang (thèse soutenue en 2019).
La conception de complexes magnétiques polynucléaires dont le comportement magnétique peut être contrôlé à distance à l’aide de différents stimuli est pertinente pour le stockage de l’information, tant classique que quantique. Nos travaux portent sur l’utilisation de ligands pontants rédox‑actifs afin d’ajuster le couplage magnétique et électronique, la délocalisation électronique et la nature de l’état fondamental magnétique dans les complexes polynucléaires. Les ligands rédox‑actifs de type tris‑dioxolène sont stables jusqu’à sept états d’oxydation, offrant une large gamme de comportements électroniques, optiques et magnétiques. Selon la nature des ions magnétiques périphériques (Ni(II), Co(II), etc.), des transferts électroniques intramoléculaires peuvent se produire, conduisant à un tautomérisme de valence modulable par la nature des ligands auxiliaires.
Projet en cours :
- Systèmes magnétiques moléculaires rédox‑actifs à base de lanthanides (Fondation de la Maison de la Chimie), coordination : N. Bridonneau
Publications sélectionnées :
1-Y. Wang et al. Chem. Commun., 2019, 55, 12336—12339
2-N. Suaud et al. Chem. Eur. J. 2024, 30, e202302256
3-S. Delaporte et al. Chem. Eur. J. 2025, 31, e202501455
4-A. Colin et al. Eur. J. Inorg. Chem. 2025, 28, e202500378
Collaboration
F. Miomandre (Electrofluorescence, PPSM, ENS, France)
N. Suaud, N. Guihéry, H. Bolvin (Theory, WF based calculations, LCPQ, Toulouse, France)
L. Maron, G. Wang, T. Rajeshkumar (Theory TD-DFT calculations, LPCNO, INSA Toulouse, France)
F. Pointillart (ICSR, Rennes, France)
Y. Shuku (Nagoya University, Japan)
K. Awaga (Toyoda College, Nagoya, Japan)
S. I. Ohkoshi (Ohkoshi Laboratory, Tokyo University, Japan)
Les matériaux à transition de spin (spin‑crossover, SCO) sont à l’avant‑garde des systèmes capables de commuter entre deux états électroniques sous l’effet d’un stimulus externe tel que la température, la lumière, le champ électrique ou la pression, ouvrant la voie à des applications en capteurs et en stockage de l’information. Ce domaine de recherche présente des défis à la fois fondamentaux et applicatifs.
Les travaux du groupe se concentrent sur trois axes principaux :
- atteindre la bistabilité à l’échelle nanométrique et, à terme, à l’échelle de la molécule unique, par la conception de films minces et ultraminces sur des substrats métalliques ;
- obtenir une bistabilité à température ambiante à l’aide de ligands luminescents pour déclencher le phénomène de transition de spin ;
- concevoir des molécules SCO présentant des transitions abruptes et un effet barocalorique proche de la température ambiante.
STM images of a single layer of SCO molecules showing the single molecule bistability
Projet en cours :
1-Active spin-crossover/graphene interfaces for bistable electronic devices-2DSWITCH (ANR (https://anr.fr/Project-ANR-21-CE09-0031), PI: T. Mallah)
2-Molecule-based magneto/electro/mechano-Calorics-MolCal (MSCA Doctoral Network (https://molcal.eu), PI: T. Mallah)
3-Light-induced Electronic Control of Magnetic Molecules-LECMA (ANR (https://anr.fr/Project-ANR-22-CE07-0002), Coord: N. Bridonneau)
Publications sélectionnées :
1-N. Konstantinov et al. J. Mater. Chem. C 2021, 9, 2712
2-Y. Tong et al. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 11029−11034
3-M. Kelai et al. J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 1949−1954
4-A. Trapali et al. Dalton Trans. 2024, 53, 12519
Collaborations
- A. Bellec, V. Repain (SCO/metal interfaces, MPQ, Univ Paris-cité, France)
- J.-F. Dayen (SCO on graphene devices, IPCMS, Strasbourg, France)
- M. Evangelisti Crespo (Barocaloric SCO systems, INMA, Spain)
- F. Pointillart (ICSR, Rennes, France)
- Y. Dappe (DFT calculations, C2N, Univ Paris-Saclay, France)
Researchers: Pei Yu, Anne Léaustic
Collaborations: PPSM,ENS Paris-Saclay ; Université Paris-Cité, ITODYS.
Relevant publications:
- Nicolo Baggi et al, Chem. Sci. 2025, 16, 12499 (DOI: 10.1039/d5sc02845k)
- Léa Chocron et al, Chem. Sci. 2024, 15, 16034 (DOI: 10.1039/d4sc04973j)
Photochromism is defined as a photo-induced reversible transformation of a chemical species between (at least) two isomeric states A and B having different absorption spectra.
Applications:
-sun glasses -super-resolution microscopy -photo-pharmacology -photonic devices etc.
Besides the color, photochromism is also actively investigated in different fields of science because a wide range of other properties and functions can be controlled by the reversible structural changes of a suitable molecular photo-switch. We are mainly interested in the design of diarylethene-based photo-switches with following target properties:
- Diarylethene-based molecular switches sensitive both to light and redox stimuli (and possibly other inputs) for the development of advanced molecular switch;
- Intrinsically chiral diarylethenes for the photo-modulation of chiroptical properties: diarylethene is candidate of choice for the design of intrinsic chiral optical switches as the open form is characterized by axial chirality while the closed form by central chirality.
- Suitable diarylethenes for solar energy storage: indeed, generation of the high energy isomer B allows to store part of the photon energy necessary to the photoreaction, and this stored energy can be recovered as heat when isomer B (c-form) is brought back to A (o-form).
Chercheurs : Antoine Tissot
Doctorant : Avinabh Choudhary
Collaborateurs :
- L. M. Lawson Daku, (modélisation, Université de Genève)
- I. Dovgaliuk, G. Mouchaham, C. Serre (solides poreux, Institut des Matériaux Poreux de Paris)
- Publications pertinentes :
- Y. Shen, S. Bouras, L. M. Lawson Daku, C. Serre, A. Tissot, Dalton Trans. 2025, 54, 16754, A spin- state switchable MOF-based film for visual DMSO vapor sensing,https://doi.org/10.1039/D5DT02285A
- E. Cuza, G. Patriarche, C. Serre, A. Tissot, Chem. Eur. J. 2024, 30, e202400463, Nouvelle architecture basée sur des structures métallo-organiques et des complexes à transition de spin pour détecter les composés organiques volatils, https://doi.org/10.1002 chem.202400463
- Y. Shen, J. Woodburn, S. Bouras, S. Dai, I. Dovgaliuk, J.-M. Grenèche, G. Patriarche, L. M.Lawson Daku, C. Serre, A. Tissot, Chem. Mater. 2023, 35, 719, Bistabilité à température ambiante dans les structures métallo-organiques chargées de transition de spin,
https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c03426
La conception de nouveaux capteurs colorimétriques pour la détection des composés organiques volatils (COV) présente un grand intérêt en raison des problèmes de santé qu’ils peuvent induire. Notre stratégie repose sur le chargement de complexes à transition de spin dans des nanocristaux de structures métallo-organiques. Cela permet d’obtenir des matériaux poreux et commutables qui peuvent subir une réponse colorimétrique sélective et réversible à l’exposition à la vapeur de composés organiques volatils à température ambiante, ce qui est attribué à une commutation de l’état de spin. Les développements actuels du groupe portent sur l’exploration de nouvelles combinaisons
de complexes à transition de spin sur mesure et de solides poreux afin d’améliorer la sélectivité et la sensibilité de nos capteurs colorimétriques.
Chercheurs : Laure Catala, Ioanna Christodoulou
Doctorants : Merin Kennedy, Nour Tebbi
Projets en cours : ANR Nanoheaters, programme « Emergence » de l’École doctorale de chimie
Collaborations : Sandrine Lacombe, Erika Porcel (ISMO Université Paris Saclay)
Hynd Remita (ICP Université Paris Saclay)
Sophie Laurent (Université de Mons)
Mariana Varna-Pannerec (IGPS, Université Paris Saclay)
Florian Banhardt (IPCMS, Université de Strasbourg)
Guillaume Chastanet (ICMCB, Bordeaux)
Vincent Huc (ICMMO, Université Paris Saclay)
Notre objectif est de développer de nouveaux nanosystèmes et auto-assemblages synergiques basés sur la coordination, par des voies écologiques, pour le traitement efficace de plusieurs maladies telle que le cancer (en combinant radiothérapie, PTT, PDT…) et les pathologies cardiovasculaires (auto-assemblages hautement antioxydants), à partir du bleu de Prusse, de ses analogues et d’autres
polymères de coordination. Par ailleurs, les nouvelles nanostructures et assemblages à transition de spin déclenchés par la lumière font partie des activités de L. Catala (ANR Nanoheaters).
Publications pertinentes :
▪ revue : L. Catala, T. Mallah, Nanoparticules d’analogues du bleu de Prusse et polymères de coordination associés : du stockage d’informations aux applications biomédicales, Coord. Chem. Rev. 2017, 346, 32-61 ▪ revue : L. Salmon, L. Catala, Nanoparticules à transition de spin et matériaux nanocomposites, C. R. Chimie 2018,21,12,1230-1269. ▪ L. Fétiveau, G. Paul, A. Nicolas-Boluda, J. Volatron, R. George, S. Laurent, R. Muller, L. Sancey, P.Mejanelle,A. Gloter, F. Gazeau, L. Catala , Nanoparticules ultra-petites à base de bleu de
Prusse sur mesure pour l’imagerie IRM et le théranostique combiné
photothermique/photoacoustique, 2019 Chem. Commun., 48, 183-18
▪ R. George, L. Fétiveau, E. Porcel, F. Savina, C. Bosson, D. Dragoe, F. Brisset, H. Remita, S.Lacombe, L. Catala, Nanoparticules de coordination ultra-petites à base de platine pour la radiothérapie Materials Advances, 2023, 4, 5314-5323
▪ revue : L. Salmon, L. Catala, Nanoparticules à transition de spin et matériaux nanocomposites, C. R. Chimie 2018,21,12,1230-1269.
▪ L. Fétiveau, G. Paul, A. Nicolas-Boluda, J. Volatron, R. George, S. Laurent, R. Muller, L. Sancey,P.Mejanelle,A. Gloter, F. Gazeau, L. Catala* , Nanoparticules ultra-petites à base de bleu de Prusse sur mesure pour l’imagerie IRM et le théranostique combiné photothermique/photoacoustique, 2019 Chem. Commun., 48, 183-18
▪ R. George, L. Fétiveau, E. Porcel, F. Savina, C. Bosson, D. Dragoe, F. Brisset, H. Remita, S.Lacombe, L. Catala, Nanoparticules de coordination ultra-petites à base de platine pour la radiothérapie Materials Advances, 2023, 4, 5314-5323
Récompenses
1-Aristide Colin, Prix de thèse 2025 de l’Association Française de Magnétisme Moléculaire (AM2 ).
Titre : Conception et comportement magnétique de complexes polynucléaires commutables par redox.
2-Idris Tlemsani, Prix de thèse 2025 de l’Association Française de Résonance Paramagnétique Électronique (ARPE). Titre : Complexes de coordination magnétiques pour l’information quantique.
3-Solène Delaporte, Prix du poster de la Conférence internationale sur le magnétisme moléculaire (ICMM 2025), Bordeaux, France. Titre : Tautomerisme de valence et commutation multi-redox dans les complexes trinucleaires de Co basés sur un pont triphénylène électrochrome.
4-Solène Delaporte, Prix du poster de la Conférence européenne sur le magnétisme moléculaire (ECMM 2024), Cracovie, Pologne. Titre : Exploration du tautomérisme de valence et des propriétés redox dans les complexes trinucleaires de triphénylène Co.
5-Solène Delaporte, Prix de communication orale : Journée de l’École Doctorale 2MIB, 2024.
6-Solène Delaporte, Prix du stage Master 2 du Réseau jeune de la SCF, Île-de-France, 2024.
7- Aristide Colin, Prix du poster, Conférence internationale sur le magnétisme moléculaire (ICMM
2023), Nanjing, Chine. Titre : Complexes moléculaires présentant des propriétés magnétiques commutables sous l’effet d’un stimulus redox.
Polymères, Nanomatériaux et Surfaces
Le groupe « Polymères, nanomatériaux et surfaces » s’intéresse à la préparation de nouveaux matériaux et nanomatériaux principalement à base de polymères (organiques et inorganiques), mais également à la fonctionnalisation des surfaces de matériaux existants. Les applications recherchées sont diverses et vont du domaine de la santé et du biomédical jusqu’à des thématiques environnementales (dépollution, chimie verte, etc.) en passant par les domaines de l’électronique et de l’énergie.
Le groupe est composé de 8 membres dont 2 professeurs d’université (Laure Catala et Philippe Roger), 1 directeur de recherche au CNRS (Vincent Huc), 4 maîtres de conférence (Ioanna Christodoulou,Nadine Aubry-Barroca, Hanène Salmi-Mani et Caroline Aymes-Chodur, HDR) et un technicien(Ludovic Cota).
Parmi nos résultats récents les plus marquants, figurent : la mise au point de nouveaux polymère pour la récupération d’uranium et/ou de terres rares, le développement de polymères multi-catalytiques pour la synthèse organique, l’utilisation de traitements sans solvant (plasma et photochimie) pour obtenir de nouveaux matériaux à base de biomolécules, le développement par des voies vertes d’autoassemblages de nanoparticules activables pour le traitement du cancer et de maladies cardiovasculaires, l’utilisation de nanoparticules (incluant des nanoalliages) en tant que pré-catalyseurs pour la croissance de nanotubes de carbone de propriétés contrôlées, la synthèse totale des nanotubes de carbone, la découverte de nouvelles familles de matériaux bidimensionnels…
Chercheurs : Philippe Roger (PR), Nadine Aubry-Barroca, Hanène Salmi-Mani et Caroline Aymes-Chodur (MCF) et Ludovic Cota (technicien)
Doctorants : Salomé Berland, Flore Baillavoine, Vincent Bonnefoux, Ziqiang Tu, Jungang Feng, Louiza Bouanhak
Projets en cours : ANR Urachemplasmativ, thèse de doctorat de Vincent Bonnefoux labellisée «développement durable » par l’École doctorale de chimie UPSaclay, soutiens financiers du 2IM.
Objectif : Notre activité de recherche consiste à préparer de nouveaux matériaux polymères (MP) principalement à partir de composés biosourcés (oligosaccharides, extraits d’huiles essentielles, terpènes, etc.) obtenus soit par synthèse directe soit par modification de surface de matériaux existants. Les applications concernent le domaine du vivant et de l’environnement. L’originalité de cette activité repose sur la synthèse de nouveaux monomères dans le but d’étudier leur polymérisabilité en solution puis de les greffer sur une surface. Pour cela, nous mettons au point des méthodes qui utilisent les outils classiques de l’ingénierie macromoléculaire tels que la polymérisation radicalaire contrôlée (PRC et principalement ATRP : polymérisation radicalaire par transfert d’atome), la photopolymérisation, le traitement par plasma froid ou un traitement chimique tel que l’aminolyse. Les applications visées ont ainsi concerné par exemple la filtration sanguine, les surfaces antibactériennes, la catalyse supportée, la radiodécontamination et la récupération de terres rares, l’amélioration des propriétés barrières des matériaux polymères biosourcés dans le domaine de l’emballage et le développement de capteurs polymères pour la détection de polluants tels que des perturbateurs endocriniens.
Collaborations :
Emmanuelle Schulz, Mohamed Mellah, Vincent Huc (ICMMO, Université Paris Saclay)
Anne-Chantal Gouget (LPMC, École Polytechnique)
Christophe Regeard (I2BC, Université Paris Saclay)
Christophe Poulard (LPS, Université Paris Saclay)
Stéphane Pasquiers (LPGP, Université Paris Saclay)
Bhuvanesh Gupta (IIT New Delhi, Inde)
Su-min Shang (NYCU, Taïwan)
Publications pertinentes :
Chemoenzymatic Oxidation of Citronellol and Geraniol: Synthesis and Antibacterial Activity Assessment T. Wei, C. Regeard*, N. Barroca-Aubry, P. Roger*, C. Aymes-Chodur*, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2025, 253, 114723
Development of Multipurpose Supported Asymmetric Salen Catalysts by Cu(0)-Mediated Reversible Deactivation Radical Copolymerization R.S.B. Bechara, M. Mellah, N. Barroca-Aubry, F. Ozanam, A.-C. Gouget-Laemmel, D. Aureau, D. Dragoé, P. Roger*, E. Schulz* ChemCatChem, 2025, e202402080
Synthesis and characterization of polystyrene-b-poly(vinyldipicolinic acid) pH-responsive core-shell nanoparticles A.-W. Mouhamad, T. Elzein,* N. Barroca-Aubry, E. Simoni, N. Berri, V. Huc, F. Brisset, P. Roger* European Polymer Journal 2023, 201, 112541
Plasma deposition of silver nanoparticles onto poly(ethylene terephthalate) surfaces for the preparation of antimicrobial materials H. Salmi-Mani*, G. Balthazar, C. J. Atkins, C. Aymes-Chodur, P. Ribot, G. Terreros, N. Barocca-Aubry, C. Regeard,P. Roger Journal of Coatings Technology and Research 2023, 20, 1395–1405
Direct Quantitative Characterization of Polymer Brushes Obtained by Surface-Initiated ATRP on Silicon A.-C. Gouget-Laemmel,* N. Zidelmal, R. S. B. Soares, N. Barroca-Aubry, D. Dragoe, L. Costa, B. Lepoittevin, H. Salmi-Mani, M. Mellah, C. Henry-de-Villeneuve, F. Ozanam, E. Schulz, and P. Roger* ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 5, 517–528
Chercheurs : Laure Catala, (PR) Ioanna Christodoulou (MCF)
Doctorants : Merin Kennedy, Nour Tebbi
Projets en cours : ANR Nanoheaters, programme « Emergence » École doctorale de chimie
Notre objectif est de développer de nouveaux nanosystèmes et auto-assemblages synergiques basés sur la coordination par des voies écologiques pour le traitement efficace de plusieurs maladies telles que le cancer (en combinant radiothérapie, PTT, PDT…) et les pathologies cardiovasculaires (auto-assemblages hautement antioxydants), à partir du bleu de Prusse, de ses analogues et d’autres polymères de coordination. D’autres projets portent sur les analogues du bleu de Prusse comme précatalyseurs pour la croissance de nanotubes à paroi simple (V. Huc, Annick Loiseau) et leur utilisation comme photocatalyseurs (ICP, H. Remita).
Collaborations : Vincent Huc, Annick Loiseau (ONERA)
Sandrine Lacombe, Erika Porcel, (ISMO Université Paris Saclay)
Hynd Remita (ICP Université Paris Saclay)
Sophie Laurent (Université de Mons)
Mariana Varna-Pannerec (IGPS, Université Paris Saclay)
Florian Banhardt (IPCMS, Université de Strasbourg)
Guillaume Chastanet (ICMCB, Bordeaux)
Publications pertinentes :
Nanoparticules de coordination ultra-petites à base de platine pour la
radiothérapie. R. George, L. Fétiveau, E. Porcel, F. Savina, C. Bosson, D. Dragoe, F. Brisset, H. Remita,
S. Lacombe, L. Catala, Materials Advances, 2023, 4, 5314-5323
Nanoparticules de carbures (Co, Mo ou W) issues d’un réseau à base de précurseurs
octacyanométalates. T. Blin, A. Girard, F. Fossard, N. Guillou, L. Catala, A. Loiseau, V. Huc, Small, 2023,
n/a, 2301299
Nanoparticules d’analogues du bleu de Prusse et polymères de coordination associés : du stockage
d’informations aux applications biomédicales. L. Catala, T. Mallah, Coordination Chemistry Reviews,
2017, 346, 32-61
Chercheurs : Vincent Huc
Doctorants : Carolina Ruiz-Daza, Fraël Yimbou
Projets en cours : « TOP2D », OI PsiNano
Notre objectif est la synthèse de nouveaux matériaux (moléculaires) à base de carbone, présentant des propriétés électroniques intéressantes (semi-métalliques, semi-conductrices, métalliques, supraconductrices, etc.). Pour atteindre cet objectif, nous utilisons les ressources de la chimie moléculaire synthétique et de la catalyse organométallique. Ces matériaux sont ensuite utilisés comme éléments actifs dans des dispositifs électroniques, tels que des transistors, des mémoires ou des capteurs.
Collaborations :
Vincent Derycke, Stéphane Campidelli (CEA Saclay)
Nataliya Kalashnyk, Eric Faulques (IEMN, Lille)
Costel Sorin-Cojocaru (École Polytechnique, Palaiseau)
Christophe Bicharra (CiNaM, Marseille)
Publications pertinentes :
Un procédé simple et efficace pour la synthèse de nitrures de carbone 2D et de matériaux apparentés. Moreira Da Silva, C., Vallet, M., Semion, C. et al. Sci Rep 13, 15423 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41598-023-39899-5
Cyclo(méta)polyphénylènes substitués par un groupe phényle : un pas de plus vers la synthèse totale de nanotubes de carbone en zigzag à diamètre contrôlé
Abdoul Nasser Moussa Bamba, Ali Ben Saida, Ibrahim Abdellah, Sylvain Latil, Vincent Guérineau, Jean- François Gallard, Vincent Huc ;
Eur. J. Org. Chem. 2024, 27, e202400485
Synthèse de polymères conjugués 1D et 2D contenant de la pyridine par polymérisation par arylation directe catalysée par le Ru pour des applications en tant que photoélectrocatalyseurs à large bande interdite.
Abdoul Nasser Moussa Bamba, Alberto Diez-Varga, Ludovic Costa, Philippe Roger, Diana Dragoe, Maria Tsoutsouva, Jocelyne Leroy, Clément Semion, Grégory Balthazar, Vincent Guérineau, Vincent Huc*
ACS Appl. Nano Mater. 2025.
https://doi.org/10.1021/acsanm.5c04461
Polymères Inorganiques et Spectroscopies Avancées
Animation : Anne BLEUZEN (Professeur)
Le groupe Polymères Inorganiques et Spectroscopies Avancées s’intéresse à la conception, la synthèse et l’analyse de matériaux fonctionnels issus de précurseurs moléculaires en solution. Nos recherches visent à établir des relations structure–propriétés grâce au développement à la fois de nouveaux polymères inorganiques et l’utilisation de techniques spectroscopiques avancées.
Composition de l’équipe
Le groupe est composé d’un Professeur (Anne Bleuzen), d’un Maître de Conférences (Giulia Fornasieri) avec le support d’un Ingénieur de Recherche (Éric Rivière) et des plusieurs chercheurs non-permanents Ouiame Haimoud (doctorante), Manel Mansour (ATER), Deborah Busch (M2 Erasmus).
Nous utilisons des approches de chimie douce pour élaborer des polymères inorganiques structurés et contrôlés, parmi lesquels :
• polymères de coordination type analogues du bleu de Prusse (ABP),
• oxydes de métaux de transition,
• matrices d’oxydes organisées.
La maîtrise fine de leur composition et de leur architecture, de l’échelle moléculaire à l’échelle nanométrique, permet l’ajustement de leurs propriétés. Les matériaux développés au sein du groupe peuvent présenter différentes fonctionnalités :
• comportement magnétique modulable,
• commutation électronique,
• transport sélectif de protons ou d’ions alcalins,
• activité en catalyse hétérogène.
Ces propriétés ouvrent des perspectives applicatives dans les domaines du stockage de l’information et de l’électronique moléculaire, de la conversion et du stockage de l’énergie, et de la catalyse.
Les analogues du bleu de Prusse (ABPs) sont des polymères de coordination constitués par un réseau tridimensionnel de cations de métaux de transition (M, M’) liés par des ponts cyanure et contenant une quantité variable de cations interstitiels (A). Leur formule chimique AxM[M’(CN)6]y•nH2O ajustable associée à la mobilité des cations interstitiels confère à ces composés un large éventail de propriétés : redox, transfert de charge métal-métal thermo-, piézo- ou photoinduit entre deux états électroniques distincts s’accompagnant de changements marqués de propriétés physiques, magnétique…
Schéma de la structure d’une maille élémentaire d’un analogue du bleu de Prusse
De plus, leur composition chimique versatile et ajustable ainsi que le contrôle précis de l’organisation des cations métalliques dans la structure cristalline font des ABPs d’excellents précurseurs pour la fabrication d’oxydes et alliages métalliques. Par décomposition thermique sous atmosphère contrôlée, il est possible de générer une large variété d’oxydes ou d’alliages, parfois dotés de compositions « exotiques » difficiles à atteindre par d’autres méthodes. Cette approche nous permet d’explorer de nouvelles phases originales.
Schéma idéalisé de la transformation d’un ABP en oxyde ou alliage
Les ABPs étant généralement obtenus sous forme de poudre, leur intégration dans des dispositifs exige de maîtriser la mise en forme à l’échelle nanométrique dès la synthèse. La chimie sol-gel, en présence d’agents structurants, permet de produire des matrices d’oxydes optiquement transparentes, chimiquement inertes et dotées d’une porosité organisée, de taille et de forme parfaitement contrôlées. Ces matrices peuvent ensuite être façonnées à l’échelle macroscopique (poudres, monolithes, films minces…).
Nous développons ainsi des stratégies exploitant la porosité d’oxydes nanostructurés comme véritables nanoréacteurs afin de :
- produire des nanoparticules de polymères de coordination, d’oxydes, d’hydroxydes ou de métaux de transition dispersés et étudier l’impact de la mise en forme (taille, confinement, interactions matrice–nanoparticules) sur leurs propriétés (électronique, magnétique, catalytique…) ;
- concevoir des nanocomposites présentant des propriétés émergentes liées à l’organisation ou à l’anisotropie des nanoparticules ;
- élaborer des systèmes permettant l’intégration fonctionnelle de ces matériaux (organisation contrôlée en surface ou dans une matrice).
Pour comprendre l’origine des propriétés de nos matériaux et pouvoir les moduler, nous développons et mettons en œuvre des méthodes spectroscopiques avancées. Une part importante de notre activité est associée à l’utilisation du rayonnement synchrotron et à des mesures réalisées dans des conditions in situ ou operando. Nos expertises couvrent notamment :
– Absorption X (XAS),
– Diffraction X (XRD),
– Spectroscopies infrarouges et térahertz (MIR–FIR–THz),
– Dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD).
Ces approches combinées offrent une compréhension approfondie des mécanismes structuraux et électroniques à l’origine des propriétés fonctionnelles des matériaux étudiés.
L’exploration du XMCD au seuil K des métaux de transition constitue un axe fort et original du groupe. Ce développement méthodologique permet d’accéder à des informations uniques sur les interactions entre orbitales d magnétiques et leur environnement local, et le rôle des orbitales p dans les processus d’échange magnétique.
Des propriétés magnétiques collectives spécifiques peuvent être induites par la structure cristallographique, la structure électronique, la surface ou la mise en forme des matériaux. Dans ce contexte, nous nous intéressons aux propriétés magnétiques, des ABPs dans leur état fondamental ou excité, ainsi qu’aux propriétés magnétiques induites par l’organisation de nanoparticules dans une matrice.
Monolithes de silice contenant des nanoparticules de la phase ɛ-Fe₂O₃ à forte coercivité magnétique
Simple fabrication of ε-Fe2O3 nanoparticles-containing silica monoliths with enhanced coercivity., L. Altenschmidt, P. Beaunier, A. Bordage, E. Rivière, G. Fornasieri, A. Bleuzen, ChemNanoMat., 9, e202200469, 2023.
Orbital magnetic moment and single-ion magnetic anisotropy of the S=1/2 K3[FeIII(CN)6] compound., M. Retegan, S. F. Jafri, L. Curti, L. Lisnard, E. Otero, E. Rivière, M. Haverkort, A. Bleuzen, P. Sainctavit, M.-A. Arrio, Inorg. Chem., 62, 18864-18877, 2023.
(Photo)Magnetism in 5 nm nanocrystals of the alkali cation free-CoFe Prussian blue analogue embedded in a silica matrix., A. Bleuzen, M. Goncalves, L. Altenschmidt, G. Fornasieri, A. Bordage, E. Rivière, Chem2, 4, 1, 2020.
Transforming a diamagnetic ordered mesoporous silica monolith into a room temperature permanent magnet through multi-scale control of the magnetic properties., V. Trannoy, L. Altenschmidt, G. Fornasieri, A. Bordage, E. Rivière, P. Beaunier, A. Bleuzen, ChemNanoMat, 4, 1254-1261, 2018.
Weak ferromagnetic interaction at the surface of the ferrimagnetic Rb2Co4[Fe(CN)6]3.3 •11H2O photo-excited state, S. F. Jafri, M.-A. Arrio, A. Bordage, R. Moulin, A. Juhin, C. Cartier dit Moulin, E. Otero, P. Ohresser, A. Bleuzen, P. Sainctavit, J. Inorg. Chem, 57, 7610−7619, 2018.
Ordered mesoporous silica monolith as a versatile platform for the study of magnetic and photomagnetic Prussian Blue Analogues nanoparticles., R. Moulin, E. Delahaye, A. Bordage,E. Fonda, J.-P. Baltaze, P. Beaunier, E. Rivière, G. Fornasieri, A. Bleuzen, Eur. J. Inorg. Chem., 1303-1313, 2017.
Macroscopic magnetic anisotropy induced by the combined control of size, shape and organization of NiFe Prussian blue analog nanoparticles in an ordered mesoporous silica monolith., R. Moulin, G. Fornasieri, M. Impéror-Clerc, E. Rivière, P. Beaunier, A. Bleuzen, ChemNanoMat, 3, 833-840, 2017.
Thèse Laura. Altenschmidt “Assemblées de nanoparticules magnétiques pour le développement de matériaux présentant de nouvelles propriétés”, soutenue le 8 juin 2021.
Thèse Robinson Moulin “Matrices de silice mésoporeuses pour le développement de nanomatériaux multifonctionnels”, soutenue le 2 novembre 2016.
Activité catalytique de silices mésoporeuses chargées en métaux de transition
La porosité contrôlée des matrices de silice synthétisées au sein de l’équipe permet d’y disperser finement des cations métalliques en interaction étroite avec les parois d’oxyde. Cette organisation confère à ces matériaux un fort potentiel pour l’élaboration de nanocomposites présentant des propriétés catalytiques en phase hétérogène.
Dans ce contexte, plusieurs collaborations ont été initiées et consolidées au fil des années.
Depuis 2017, nous collaborons avec le Prof. Franck Launay du Laboratoire de Réactivité de Surface (Sorbonne Université). Cette collaboration a conduit à la participation dans deux projets doctoraux :
• Thèse d’Oscar Daoura : développement de nouveaux catalyseurs hétérogènes à base de mousses mésocellulaires pour le reformage du méthane. Des monolithes de silice contenant des nanoparticules de nickel, synthétisés au sein de notre groupe, ont montré une efficacité remarquable dans cette réaction.
• Thèse de Rita Raachini : exploration de nouvelles voies catalytiques pour la valorisation de la biomasse. Dans ce cadre, des matériaux poreux constitués de nickel hautement dispersé dans des matrices de silice ont été testés comme catalyseurs d’hydrogénolyse de la lignine, avec pour objectif la production de phénol biosourcé.
Par ailleurs, nous avons étudié les propriétés catalytiques de systèmes à base d’ions Fe(III) et Co(II) incorporés dans des monolithes de silice nanostructurés pour la réaction d’oxydation du cyclohexane par l’eau oxygénée, une étape clé de la production industrielle de Nylon, en collaboration avec le Prof. Frédéric Banse (ICMMO).
Nous avons également évalué l’efficacité de nanoparticules de cobalt dans la synthèse Fischer-Tropsch et dans la réaction d’oxydation de l’eau, en partenariat avec le Prof. Ally Aukauloo (ICMMO).
“Synthetic manipulation on the microstructure of Co species-containing mesoporous silica matrices: impact on the efficiency for Fischer-Tropsch and water oxidation reactions”, L. Altenschmidt, A. Bordage, G. Fornasieri, P. Beaunier, E. Rivière, E. Pugliese, A. Aukauloo, A. Bleuzen, Small, 2411783, 2025.
“Iron ions embedded in hexagonal mesoporous silica via a simple method: implementation in mild oxidation catalysis”, R. Guemati, J.-N. Rebilly, G. Fornasieri, D. Dragoe, S. Biswas, F. Banse, A. Bleuzen, ChemSelect, 8, e202302150, 2023. “One-pot prepared mesoporous silica SBA-15-like monoliths with embedded Ni particles as selective and stable catalysts for methane dry reforming”; O. Daoura, G. Fornasieri, M. Boutros, N. El Hassan, P. Beaunier, C. Thomas, M. Selmane, A. Miche, C. Sassoye, O. Ersen, W. Baaziz, P. Massiani, A. Bleuzen, F. Launay, Appl. Catal. B Environ., 280, 119417, 2021.
LesABPs contenant une quantité et une nature chimique variables de sites redox actifs d’une part et des cations mobiles et susceptibles d’être intercalés et désintercalés d’autre part offrent des perspectives intéressantes en termes de matériaux d’électrodes pour batteries ou de commutation sous l’effet d’une contrainte chimique. Nous nous intéressons aux mécanismes mis en œuvre ainsi qu’au rôle des défauts des ABPs (lacunes, interactions cations alcalins-polymère de coordination, eau) dans ces propriétés.
Transfert d’électron couplé à un transfert de proton assisté par un transport de cations alcalins.
“Solid-state magnetic switching triggered by proton-coupled electron-transfer assisted by long-distance proton-alkali cation transport”, P. Higel, F. Villain, M. Verdaguer, E. Rivière and A. Bleuzen, J. Am. Chem. Soc., 136, 6231-6234, 2014.
Le dichroïsme magnétique circulaire dans le domaine des rayons X au seuil K des métaux de transition est une technique sous-utilisée car l’interprétation des signaux reste controversée. La versatilité chimique des ABPs en font une famille de composés-modèles particulièrement intéressante pour mieux comprendre les informations contenues dans ces signaux, montrer l’intérêt de la technique et favoriser une plus large utilisation de la technique.
Reproduction de l’intensité des signaux XMCD au seuil K des métaux de transition par une expression dépendant de la structure électronique, du spin et de la symétrie des centres magnétiques aux 2 seuils de 8 ABPs.
“Interplay between transition-metal K-edge XMCD, slight structural distortions and magnetism in a series of trimetallic (CoxNi(1-x))4[Fe(CN)6]3/8 Prussian blue analogues”, A. N’Diaye, A. Bordage, L. Nataf, F. Baudelet, E. Rivière, A. Bleuzen, Phys. Chem. Chem. Phys.,26, 15576-15586, 2024.
Interplay between Transition-Metal K-edge XMCD and Magnetism in Prussian Blue Analogs, A. N’Diaye, A. Bordage, L. Nataf, F. Baudelet, E. Rivière, A. Bleuzen, ACS Omega, 7, 41, 36366–36378, 2022.
“Prussian Blue analogs and transition metal K-edge XMCD: a longstanding friendship”, A. Bordage, A. N’Diaye, A. Bleuzen, Comptes Rendus. Chimie, 25, 281-288, 2022.
“A cookbook for the investigation of coordination polymers by transition metal K-edge XMCD”, A. N’Diaye, A. Bordage, L. Nataf, F. Baudelet, T. Moreno, A. Bleuzen, Journal of Synchrotron Radiation 28, 4, 1127-1136, 2021.
Thèse Adama N’Diaye “XMCD au seuil K des métaux de transition et analogues du bleu de Prusse : une nouvelle approche pour la compréhension des signaux”, soutenue le 11 février 2022.
Énergie
L’équipe rassemble des chercheurs partageant une culture scientifique et des préoccupations communes en physique-chimie moléculaire et des matériaux.
Son objectif est de travailler sur des défis sociétaux majeurs : l’hydrogène, le CO2, les batteries.
Son champ d’activité s’étend de la synthèse et la caractérisation de matériaux (solides, solides moléculaires) présentant des propriétés (photo)électrochimiques, au développement de prototypes (ingénierie électrochimique) et au transfert de technologie.
À cette fin, l’équipe dispose de deux plateformes majeures : l’une dédiée à la production d’hydrogène par électrolyseurs PEM (salle ATEX), et l’autre au prototypage de batteries (salle blanche). Les deux sont également disponibles pour des formations professionnelles.
Dans ce domaine très concurrentiel, l’équipe gère de nombreux partenariats externes (universitaires et industriels).
En cour d’édition
Publications de l’axe
- Yanis Souid, Patrick Soudan, Sylvain Franger, Bernard Lestriez, Nathalie Herlin-Boime, et al.. Laboratory electron irradiation $Operando$ cell for probing synchrotron beam damage mechanisms in lithium-ion battery electrolytes. Chemistry of Materials, 2026, ⟨10.1021/acs.chemmater.5c02500⟩. ⟨hal-05557626⟩
- Grégory Balthazar, Tassadit Naït, Régis Guillot, Eric Rivière, François Brisset, et al.. Interactions between the [Fe(CN) 6 ] 3– Complex and Monovalent Group IA A + Ions (A + = H + , Li + , Na + , K + , Rb + , and Cs + ) in A 3 [Fe(CN) 6 ] Model Compounds and Their Influence on the Formation and Properties of CoFe Prussian Blue Analogues. Inorganic Chemistry, 2025, 64 (49), pp.23887-23898. ⟨10.1021/acs.inorgchem.5c03393⟩. ⟨hal-05468898⟩
- N Bridonneau, S Delaporte, A Colin, François Lambert, R Guillot, et al.. Redox Multi-Switch in Trinuclear Co(II) complexes. ICMM2025 International Conference on Molecular Magnetism, Oct 2025, Bordeaux, France. ⟨hal-05595351⟩
- Luu Huu Nguyen, Q.Nghi Pham, Eric Rivière, Pham Tien Thanh, Pham Hong Nam, et al.. Optimizing fabrication parameters of Fe3O4 nanoparticles for enhancing magnetic hyperthermia efficiency. Materials Chemistry and Physics, 2025, 343, pp.130983. ⟨10.1016/j.matchemphys.2025.130983⟩. ⟨hal-05493264⟩
- Yungang Feng, Nadine Barroca-Aubry, Philippe Roger, Stéphane Pasquiers, João Santos Sousa, et al.. « Nanosecond pulsed cold atmospheric plasma jet-mediated surface engineering of Polydimethylsiloxane for developing antibacterial materials ». 2025. ⟨hal-05484255⟩
- C. Aymes-Chodur, Tianyue Wei, Christophe Regeard, Nadine Barroca-Aubry, Philippe Roger, et al.. » Chimioenzymatic modification of biosourced molecules with antibacterial properties: grafting onto the surface of polymers ». 8th Plenary Days of GDR B2i – May 26-27th, 2025, Grenoble, France, May 2025, Grenoble (38000), France. ⟨hal-05484282⟩
- Tianyue Wei, Christophe Regeard, Nadine Barroca-Aubry, Philippe Roger, Caroline Aymes-Chodur. Chemoenzymatic Oxidation of Citronellol and Geraniol: Synthesis and Antibacterial Activity Assessment. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2025, 253, pp.114723. ⟨10.1016/j.colsurfb.2025.114723⟩. ⟨hal-05053767⟩
- Flore Baillavoine, Hanène Salmi-Mani, C. Aymes-Chodur, Philippe Roger. » Développement de matériaux biosourcés aux propriétés antimicrobiennes pour l’industrie des emballages actifs ». 2024. ⟨hal-05484197⟩
- Amel Zorai, Abdelhafid Souici, Daniel Adjei, Diana Dragoe, Eric Rivière, et al.. Radiation-Induced Synthesis and Superparamagnetic Properties of Ferrite Fe3O4 Nanoparticles. Nanomaterials, 2024, 14 (12), pp.1015. ⟨10.3390/nano14121015⟩. ⟨hal-05493348⟩
- Flore Baillavoine, Hanène Salmi-Mani, C. Aymes-Chodur, Philippe Roger. « Développement de matériaux biosourcés aux propriétés antimicrobiennes pour l’industrie des emballages actifs ». 2024. ⟨hal-05484235⟩
Documents récupérés de l’archive ouverte HAL 