Des feuillets de graphène fluorescent par autoassemblage supramoléculaire

Le graphène est une forme cristalline du carbone qui adopte une géométrie de feuillet ultramince. Des monocouches d’autres matériaux peuvent s’adsorber sur ces feuillets et combiner leurs propriétés à celles de ce support ultramince pour obtenir des matériaux bidimensionnels très intéressants. Mais dans le cas de chromophores organiques fluorescents, des composés qui émettent de la lumière quand ils sont éclairés, le graphène génère des interactions électroniques à l’origine de l’extinction de la fluorescence. Pour contrer ce phénomène, la distance entre les molécules et le graphène ainsi que leur orientation doivent être contrôlées. Des chercheurs du laboratoire Building blocks for future electronics laboratory (2B-FUEL, CNRS/Sorbonne Université/Université Yonsei), du laboratoire De la molécule aux nano-objets : réactivité, interactions et spectroscopies (MONARIS, CNRS/Sorbonne Université) et de l’université Yonsei (Corée du Sud) ont utilisé la chimie supramoléculaire sur surfaces et le concept de chimie « hôte-invité » pour disposer, sans interaction électronique, les chromophores sur le graphène.

Pour cela, les chimistes ont déposé une monocouche de 1,3,5-tristyrylbenzene sur le graphène via un autoassemblage supramoléculaire, c’est-à-dire que ces molécules s’organisent d’elles-mêmes, pour former un réseau alvéolaire de type nid d’abeille. Celui-ci reconnaît sélectivement un complexe de phthalocyanine de zinc à ligand axial incorporant un chromophore. La phtalocyanine se posant à plat dans les cavités du réseau, le chromophore se retrouve alors orienté perpendiculairement au graphène et positionné à une distance suffisante pour éviter les interactions électroniques : sa fluorescence est ainsi préservée. Cette stratégie, publiée dans la revue Materials Horizons, ouvre des perspectives pour la réalisation de composants électroluminescents ultraminces, ainsi que, pour la recherche fondamentale, permettre une électroluminescence induite par la pointe d’un microscope à effet tunnel. Les chercheurs tentent à présent d’étendre leur système à d’autres chromophores, ainsi qu’à des molécules photochromes, c’est-à-dire qui commutent réversiblement entre deux états lorsqu’on les éclaire.

Rédacteur: AVR

Légende image : La surface de graphène (en gris) est recouverte d’une couche autoassemblée de type nid d’abeille (en vert), disposée en grandes alvéoles hexagonales. Le chromophore (halo rouge), complexé à la phthalocyanine de zinc (disque jaune) piégée à plat dans les cavités, est positionné au-dessus à la surface, perpendiculairement, et ainsi n’interagit pas avec le graphène.